四足机器人穿越台阶静态稳定步态规划研究

发布时间：2017-05-08 20:09

  本文关键词：四足机器人穿越台阶静态稳定步态规划研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：四足机器人被广泛用于代替人类在各种复杂地形环境中执行任务;这其中,如何针对性设计并规划稳定可行的步态,从而使机器人能顺利穿越相应地形,就成为首要问题。本文以四足机器人穿越台阶过程为例,对相应的静态稳定步态规划问题进行研究。首先,文中对四足机器人穿越台阶步态规划问题进行了定义,并针对性确立了解决方案。其次,通过对四足机器人穿越台阶过程进行分析与总结,文中按照“过渡进入、循环穿越与过渡离开”三个阶段对其进行划分,并以此为基础,选定了躯体保持水平姿态与躯体周期性复位这两种穿越台阶仿生姿态,设计了机器人单腿迈步轨迹与机器人躯体重心调整轨迹这两类穿越台阶单腿摆动轨迹。再次,针对四足机器人穿越台阶过程中单腿运动空间受损、躯体静态稳定裕度减小等现象,文中相应提出了穿越台阶可行性问题,并通过对单腿机构约束条件及躯体静态稳定约束条件的有效分析,给出了该问题的有效解决方案,为后续穿越台阶步态规划及仿真分析提供了充分指导。最后,基于前述章节中对四足机器人穿越台阶静态稳定步态规划问题所做定义分析及所给方案指导,文中以两种仿生姿态为标准,对穿越台阶步态进行设计与规划,并通过仿真与分析对其有效性与适应性进行了验证。
【关键词】：四足机器人 穿越台阶过程 穿越台阶可行性 穿越台阶静态稳定步态规划
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究意义9
• 1.2 四足机器人研究现状及分析9-13
• 1.3 四足机器人穿越台阶研究现状及分析13
• 1.4 四足机器人步态规划研究现状及分析13-14
• 1.5 本文研究内容及章节安排14-15
• 第二章 四足机器人穿越台阶步态规划的背景知识15-21
• 2.1 核电站救灾现场台阶地形环境15
• 2.2 仿生四足机器人“小象”的单腿机构15-17
• 2.3 基于实体仿真软件RecurDyn的步态规划位置控制策略17-18
• 2.4 步态规划相关术语及定义18
• 2.5 穿越台阶静态稳定步态选取18-21
• 2.5.1 间歇式爬行步态用于穿越台阶过程19
• 2.5.2 协调式爬行步态用于穿越台阶过程19-20
• 2.5.3 两种静态稳定步态用于穿越台阶过程的联系与区别20-21
• 第三章 四足机器人穿越台阶过程分析21-35
• 3.1 引言21
• 3.2 四足机器人穿越台阶过程分析21-24
• 3.2.1 下台阶与上台阶过程的联系与区别22
• 3.2.2 穿越台阶过程分析22-24
• 3.3 四足机器人穿越台阶仿生姿态选取24-29
• 3.3.1 以躯体保持水平姿态穿越台阶24-26
• 3.3.2 以躯体周期性复位姿态穿越台阶26-28
• 3.3.3 以两种仿生姿态穿越台阶的联系与区别28-29
• 3.4 四足机器人穿越台阶单腿摆动轨迹设计29-34
• 3.4.1 摆腿轨迹曲线分析29-30
• 3.4.2 穿越台阶单腿摆动轨迹设计30-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 四足机器人穿越台阶可行性分析35-53
• 4.1 引言35
• 4.2 四足机器人穿越台阶过程单腿运动空间分析35-48
• 4.2.1 单腿运动空间分析有效性及分析策略36-38
• 4.2.2 躯体保持水平姿态下的单腿运动空间38-46
• 4.2.3 躯体周期性复位姿态下的单腿运动空间46-47
• 4.2.4 两种姿态下单腿运动空间的联系与区别47-48
• 4.3 四足机器人穿越台阶过程躯体静态稳定性分析48-51
• 4.3.1 穿越台阶过程中的静态稳定性问题48
• 4.3.2 躯体保持水平姿态下的静态稳定性分析48-50
• 4.3.3 躯体周期性复位姿态下的静态稳定性分析50-51
• 4.3.4 两种姿态下静态稳定性的联系与区别51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 四足机器人穿越台阶静态稳定步态规划及仿真分析53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 静态稳定步态参数设计53-54
• 5.2.1 迈步步序设计53-54
• 5.2.2 迈步步幅设计54
• 5.3 躯体保持水平姿态下的步态规划及仿真分析54-59
• 5.3.1 躯体保持水平姿态下的步态规划54-57
• 5.3.2 躯体保持水平姿态下的仿真分析57-59
• 5.4 躯体周期性复位姿态下的步态规划及仿真分析59-62
• 5.4.1 躯体周期性复位姿态下的步态规划59-61
• 5.4.2 躯体周期性复位姿态下的仿真分析61-62
• 5.5 两种姿态下步态规划的联系与区别62
• 5.6 本章小结62-63
• 第六章 研究工作总结与展望63-65
• 6.1 主要研究成果63
• 6.2 主要创新点63-64
• 6.3 研究展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文71-73

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