四足机器人设计与运动控制仿真研究
发布时间：2022-10-19 14:52
四足机器人目前正成为足式移动机器人研究的一大主流方向。本文主要面向解决四足机器人现阶段研究中存在的两个问题,即四足机器人运动过程中的位姿控制问题和运动过程中的轨迹跟踪优化问题。利用虚拟模型控制和模型预测控制的方法,进行了动力学建模和控制问题的相关研究,主要包括以下几个方面:立足于解决目前四足机器人研究中所面临的问题,充分调研四足机器人当前的最新研究成果及应用前景,并分析总结现有解决方案中的优缺点,明确四足机器人构型设计方案及其控制算法研究的入手点和必要性。在参考国内外四足机器人主流构型的基础上,结合课题要求和实际情况,设计一种全肘式四足机器人构型,采用12个关节伺服电机和18个自由度（包括6个身体自由度和12个关节自由度）。主体结构采用高强度铝合金和碳纤维材料,利用安装在机体顶部和前部多个视觉摄像头,构建机器人基于视觉的运动测量系统,足底安装六维力传感器,用于接收足底触地的力信号。根据四足机器人动力学模型的特点,提出一种四足机器人动力学模型化简原则,将四足机器人基体与腿部动力学模型进行解耦,并分别推导了基体与腿部机构的运动学与动力学模型,以及四足机器人足底与地面接触力模型。最后在动力学...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与目的
1.2 国内外研究现状
1.2.1 四足机器人国内外研究现状
1.2.2 四足机器人控制方法研究现状
1.3 本文主要研究目标与研究内容
第2章 四足机器人设计与动力学建模
2.1 引言
2.2 四足机器人机构设计
2.3 四足机器人动力学建模
2.3.1 四足机器人坐标系定义
2.3.2 四足机器人动力学简化
2.3.3 四足机器人基体动力学模型
2.3.4 四足机器人腿部机构动力学模型
2.3.5 四足机器人足底接触力模型
2.4 四足机器人虚拟样机模型
2.5 本章总结
第3章 四足机器人步态规划
3.1 引言
3.2 四足机器人常用步态
3.2.1 Crawl步态
3.2.2 Trot步态
3.3 足端轨迹规划
3.4 基于触地信号的步态时序
3.5 本章总结
第4章 基于虚拟模型控制的四足机器人位姿控制
4.1 引言
4.2 虚拟模型控制方法原理
4.3 四足机器人基体位姿控制
4.4 四足机器人腿部运动控制
4.4.1 支撑腿阻抗控制
4.4.2 摆动腿虚拟模型控制
4.5 四足机器人总体控制结构
4.6 四足机器人VMC控制仿真及分析
4.6.1 Crawl步态
4.6.2 Trot步态
4.7 路面特性对于四足机器人运动效能的影响分析
4.7.1 运动效能定义
4.7.2 路面摩擦系数
4.7.3 路面凸起程度
4.7.4 路面障碍密集程度
4.8 本章总结
第5章 基于模型预测控制的四足机器人轨迹跟踪控制
5.1 模型预测控制基本原理
5.2 四足机器人基于MPC的给定轨迹跟踪控制
5.2.1 四足机器人运动模型描述
5.2.2 MPC控制器设计
5.2.3 仿真结果及分析
5.3 本章总结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应模型预测控制的柔性互联配电网优化调度[J]. 葛乐,张伟,严锋,袁晓冬,禹永洲. 电力自动化设备. 2020(06)
[2]无人船自适应路径跟踪控制系统[J]. 柳晨光,初秀民,毛庆洲,谢朔. 机械工程学报. 2020(08)
[3]基于自适应模型预测的自主车辆避障控制研究[J]. 胡广雪,邵毅明,万远航,钟颖. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(04)
[4]四足机器人研究综述[J]. 杨钧杰,孙浩,王常虹,陈晓东. 导航定位与授时. 2019(05)
[5]“绝影”机器人助力智慧安防[J]. 朱秋国. 中国测绘. 2019(03)
[6]从Big Dog到Spot Mini:波士顿动力四足机器人进化史[J]. 刘京运. 机器人产业. 2018(02)
[7]浅谈四足机器人的发展历史、现状与未来[J]. 朱秋国. 杭州科技. 2017(02)
[8]四足机器人发展现状与展望[J]. 孟健,刘进长,荣学文,李贻斌. 科技导报. 2015(21)
[9]液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J]. 李贻斌,李彬,荣学文,孟健. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[10]四足步行机器人研究现状及展望[J]. 王吉岱,卢坤媛,徐淑芬,雷云云. 制造业自动化. 2009(02)
博士论文
[1]四足机器人运动控制技术研究与实现[D]. 那奇.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]四足仿生机器人跑跳运动规划与控制[D]. 李川.浙江大学 2017
本文编号：3693571
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与目的
1.2 国内外研究现状
1.2.1 四足机器人国内外研究现状
1.2.2 四足机器人控制方法研究现状
1.3 本文主要研究目标与研究内容
第2章 四足机器人设计与动力学建模
2.1 引言
2.2 四足机器人机构设计
2.3 四足机器人动力学建模
2.3.1 四足机器人坐标系定义
2.3.2 四足机器人动力学简化
2.3.3 四足机器人基体动力学模型
2.3.4 四足机器人腿部机构动力学模型
2.3.5 四足机器人足底接触力模型
2.4 四足机器人虚拟样机模型
2.5 本章总结
第3章 四足机器人步态规划
3.1 引言
3.2 四足机器人常用步态
3.2.1 Crawl步态
3.2.2 Trot步态
3.3 足端轨迹规划
3.4 基于触地信号的步态时序
3.5 本章总结
第4章 基于虚拟模型控制的四足机器人位姿控制
4.1 引言
4.2 虚拟模型控制方法原理
4.3 四足机器人基体位姿控制
4.4 四足机器人腿部运动控制
4.4.1 支撑腿阻抗控制
4.4.2 摆动腿虚拟模型控制
4.5 四足机器人总体控制结构
4.6 四足机器人VMC控制仿真及分析
4.6.1 Crawl步态
4.6.2 Trot步态
4.7 路面特性对于四足机器人运动效能的影响分析
4.7.1 运动效能定义
4.7.2 路面摩擦系数
4.7.3 路面凸起程度
4.7.4 路面障碍密集程度
4.8 本章总结
第5章 基于模型预测控制的四足机器人轨迹跟踪控制
5.1 模型预测控制基本原理
5.2 四足机器人基于MPC的给定轨迹跟踪控制
5.2.1 四足机器人运动模型描述
5.2.2 MPC控制器设计
5.2.3 仿真结果及分析
5.3 本章总结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应模型预测控制的柔性互联配电网优化调度[J]. 葛乐,张伟,严锋,袁晓冬,禹永洲. 电力自动化设备. 2020(06)
[2]无人船自适应路径跟踪控制系统[J]. 柳晨光,初秀民,毛庆洲,谢朔. 机械工程学报. 2020(08)
[3]基于自适应模型预测的自主车辆避障控制研究[J]. 胡广雪,邵毅明,万远航,钟颖. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(04)
[4]四足机器人研究综述[J]. 杨钧杰,孙浩,王常虹,陈晓东. 导航定位与授时. 2019(05)
[5]“绝影”机器人助力智慧安防[J]. 朱秋国. 中国测绘. 2019(03)
[6]从Big Dog到Spot Mini:波士顿动力四足机器人进化史[J]. 刘京运. 机器人产业. 2018(02)
[7]浅谈四足机器人的发展历史、现状与未来[J]. 朱秋国. 杭州科技. 2017(02)
[8]四足机器人发展现状与展望[J]. 孟健,刘进长,荣学文,李贻斌. 科技导报. 2015(21)
[9]液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J]. 李贻斌,李彬,荣学文,孟健. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[10]四足步行机器人研究现状及展望[J]. 王吉岱,卢坤媛,徐淑芬,雷云云. 制造业自动化. 2009(02)
博士论文
[1]四足机器人运动控制技术研究与实现[D]. 那奇.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]四足仿生机器人跑跳运动规划与控制[D]. 李川.浙江大学 2017
本文编号：3693571
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3693571.html
