欠驱动双足机器人高效行走控制研究

发布时间：2016-12-16 18:45

  本文关键词：欠驱动双足机器人高效行走控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2015年

欠驱动双足机器人高效行走控制研究

唐冲  

【摘要】：相对于轮式运动和履带式运动,双足运动有着较好的环境适应能力,并且基于双足运动的移动机器人具有接近于人类的运动方式,可以更好地代替人类从事一些具有危险性的工作。然而,目前双足机器人运动过程中的高能耗问题已经成为了阻碍双足机器人应用的一个重要问题,因此,高效行走问题成为了双足运动控制中的一个热点问题。本文主要从关节辅助装置以及双足行走控制器方面加以考虑,旨在使双足机器人可以形成高效稳定的行走步态。 首先,本文以踝关节欠驱动的圆规式机器人为研究对象,研究安装于机器人胯关节处的机械约束装置对于行走高效性以及稳定性的影响。通过在相同的恒值力矩输入的情况下对比不同的关节限位方式,首次得出了回摆限位更加适合机器人在水平路面上行走的结论。通过与时间放缩控制以及虚约束步态生成方法相对比,揭示了恒力矩驱动结合回摆限位方式可以实现更加高效的行走步态。通过分析不同步长以及不同的力矩输入下行走步态的稳定性,可以发现：随着步长的增加,行走步态的稳定性逐渐由开环稳定变为不稳定。对于不稳定的大步长行走步态,提出了基于事件的反馈控制方法加以镇定,实现了高效稳定的行走步态。 其次,本文针对踝关节欠驱动机器人稳定行走的控制方法进行了研究。将比较常用的踝关节欠驱动平面双足机器人的结构进行了总结与分类,以最常用的五连杆型双足机器人的动力学模型为例,揭示了踝关节欠驱动平面双足机器人行走过程中围绕支撑点的角动量三阶导数与控制量相关,并且根据这一特征,首次提出了一种基于移动庞加莱截面的横向坐标变换方法。根据这一方法,机器人行走过程中连续阶段的轨迹跟踪问题可以转化为一个具有不确定项的线性定常系统关于坐标原点的稳定控制问题。之后给出了结合庞加莱映射的反馈控制器设计方法,得到用于步态镇定的状态反馈控制器。然后以胯关节带有机械约束的圆规式机器人为例进行仿真,结果表明基于横向坐标变换的控制器可以将开环不稳定的行走步态进行镇定。通过将横向坐标变换的反馈控制器与基于事件的反馈控制器进行对比,本文提出的方法在收敛域和收敛速度方面均具有一定的优势。 最后,本文将带有机械约束装置的高效行走方式推广到踝关节欠驱动的三维圆规式机器人模型中。该机器人在踝关节处存在两个欠驱动自由度以及一个主动胯关节自由度。针对不稳定的开环行走步态,本文首次提出了一种离散横向线性化的方法将机器人极限环步态的镇定问题近似为离散周期线性系统的镇定问题,根据离散线性二次型调节器的设计方法求解出周期反馈控制器,将目标极限环进行镇定。仿真结果表明,本文的方法可以控制三维圆规式机器人稳定行走。通过与常规的基于事件的反馈控制进行对比,本文提出的离散横向线性化控制器有着更大的收敛域以及更快的收敛速度,充分说明了该方法的优越性。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

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1 伊强;陈恳;刘莉;付成龙;;小型仿人机器人THBIP-Ⅱ的研制与开发[J];机器人;2009年06期

2 叶军;段星光;陈学超;;BHR-3型仿人机器人设计[J];机器人技术与应用;2011年02期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 朱志斌;基于滚动优化的双足机器人动态步态规划研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

2 汤卿;仿人机器人设计及步行控制方法[D];浙江大学;2009年

3 倪修华;双足被动步行机器人性能分析及一种动力输入方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

4 胡勇;基于被动性和欠驱动性的双足机器人运动控制研究[D];浙江大学;2012年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 肖乐;丁丽霞;苏亚佩;唐月娇;;仿人机器人稳定行走控制研究[J];常熟理工学院学报;2010年02期

2 李建;陈卫东;王丽军;杨军;李慕君;;不平整地面上双足机器人的步态控制[J];东南大学学报(自然科学版);2009年S1期

3 李建;陈卫东;王丽军;高雪官;杨军;李慕君;;未知不平整地面上的双足步行稳定控制[J];电子学报;2010年11期

4 徐李超;张祺;;一种仿人机器人步态优化的新方法研究[J];广东工业大学学报;2012年01期

5 高爱宇;张国恒;万国锋;刘彩虹;郭玉辉;;智能迎宾机器人[J];甘肃科技;2013年14期

6 常青;韩宝玲;罗庆生;;Orderly delay control technique for a new type of arthropod robot[J];Journal of Beijing Institute of Technology;2013年03期

7 王蕾;张奇志;周亚丽;;简单双足被动行走机器人局部稳定性分析[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2014年02期

8 何学明;;水下机器人声纳三维成像技术[J];公安海警学院学报;2012年03期

9 谢惠祥;罗自荣;尚建忠;;四足机器人对角小跑动态控制[J];国防科技大学学报;2014年04期

10 Le Zhao;;人造中枢模式发生器依赖于外界刺激的复合节奏行为(英文)[J];工业技术创新;2014年01期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 Kang An;Qijun Chen;;Passive dynamic model for walking down stairs[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

2 XIAO Hui;CHEN Qijun;LIU Chengju;;CPG's Parameters and Topology Co-Evolution for Walking Control of Biped Robots[A];2013年中国信息通信研究新进展论文集[C];2014年

3 Zidong Wang;Gangfeng Yan;Chong Tang;Zhiyun Lin;;High Efficient Walking of Compass-like Biped Robots with Foot Rotation[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

4 Dong Liu;Weihai Chen;Zhongcai Pei;Jianhua Wang;Zhifeng Li;;Central Pattern Generators with Biology Observation for the Locomotion Control of Hexapod Robots[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

5 XIAO Hui;CHEN Qijun;LIU Chengju;;CPG's Parameters and Topology Co-Evolution for Walking Control of Biped Robots[A];2013年中国信息通信研究新进展论文集[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘丽梅;被动动态行走双足机器人的稳定性分析与控制研究[D];吉林大学;2011年

2 李宪华;服务机器人双臂协作技术研究及实现[D];上海大学;2011年

3 钟秋波;类人机器人运动规划关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

4 刘成军;双足机器人欠驱动动态步行仿人运动控制研究[D];重庆大学;2011年

5 敬成林;双足机器人稳定行走的仿人预测控制方法研究[D];重庆大学;2011年

6 彭胜军;双足机器人跑步运动稳定性分析与协调控制技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

7 周雪峰;六自由度双足机器人步行研究[D];华南理工大学;2011年

8 柯显信;仿人形机器人双足动态步行研究[D];上海大学;2005年

9 刘振泽;欠驱动步行机器人运动学机理与控制策略研究[D];吉林大学;2007年

10 甘志刚;仿人机器人数字仿真与虚拟示教关键技术研究[D];华南理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 雷兵;协行助力机械腿结构优化及性能评估系统研究[D];华东理工大学;2011年

2 相远飞;双足仿人机器人步态规划与平衡控制[D];浙江大学;2011年

3 朱秋国;仿人机器人结构设计与分析[D];浙江大学;2011年

4 胡金东;双足机器人控制系统结构与伺服控制[D];江南大学;2011年

5 陈鸿帅;基于仿生学和被动行走原理的动态步行理论与系统研究[D];吉林大学;2011年

6 王中华;小型仿人机器人控制系统设计与研究[D];北京交通大学;2011年

7 刘东;考虑大变形因素的高空作业车倾覆稳定性研究[D];大连理工大学;2011年

8 李松;新型三相径向驱动式啮合电机结构设计与仿真[D];北京邮电大学;2011年

9 黄春林;双足机器人步态规划研究[D];广东工业大学;2011年

10 陈强;基于改进粒子群算法的仿人机器人步态多目标优化[D];华南理工大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;Passive walker that can walk down steps:simulations and experiments[J];Acta Mechanica Sinica;2008年05期

2 黄岩;谢广明;杨晓华;王启宁;王龙;;半被动双足机器人动态行走的位姿估算[J];北京大学学报(自然科学版);2009年04期

3 张佩杰;张冬梅;田彦涛;刘振泽;;欠驱动双足步行机器人动力学建模与稳定性分析[J];北京工业大学学报;2009年02期

4 柳宁;李俊峰;王天舒;;用胞胞映射计算被动行走模型不动点的吸引盆[J];工程力学;2008年10期

5 郑浩峻,张秀丽,李铁民,段广洪;基于CPG原理的机器人运动控制方法[J];高技术通讯;2003年07期

6 郭亮;王鹏;赵英;;基于BP神经网络的松花江四方台水质预测[J];哈尔滨工业大学学报;2009年06期

7 柳贺;黄猛;柳桂国;黄道;;基于混沌搜索和模式搜索的混合优化方法[J];华东理工大学学报(自然科学版);2008年01期

8 夏旭峰;葛文杰;;仿生机器人运动稳定性的研究进展[J];机床与液压;2007年02期

9 刘振泽;周长久;田彦涛;;Compass-like无动力双足行走机器人的运动状态[J];吉林大学学报(工学版);2007年05期

10 张更林,金宝士,张宇光;人体下肢假肢发展概况[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2002年03期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 魏航信;仿人跑步机器人快速跑步研究[D];西安电子科技大学;2006年

2 刘振泽;欠驱动步行机器人运动学机理与控制策略研究[D];吉林大学;2007年

3 毛勇;半被动双足机器人的设计与再励学习控制[D];清华大学;2007年

4 柳宁;双足被动行走器动力学仿真与实验研究[D];清华大学;2009年

5 汤卿;仿人机器人设计及步行控制方法[D];浙江大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张冬梅;欠驱动步行机器人建模与分域控制算法的研究[D];吉林大学;2008年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周云龙,项龙江,徐心和;双足机器人的滑模控制[J];东北大学学报;2003年09期

2 周云龙,郝丽娜,徐心和;快速运动过程中双足机器人脚对地冲击的利用[J];计算机工程与应用;2003年24期

3 崔巍,强文义,陈兴林;双足机器人实时障碍检测视觉系统[J];控制与决策;2004年01期

4 郝文瑞;刘畅;;高自由度双足机器人数学模型及步行控制研究[J];力学与实践;2006年06期

5 周爱国;邢洁;陆敏恂;;双足机器人的动力学分析与仿真[J];中国工程机械学报;2006年02期

6 廖绍辉;张连东;;模块化双足机器人的结构设计及仿真[J];机械与电子;2007年12期

7 蒲昌玖;王宇俊;李忠智;刘伟;邱玉辉;;一种双足机器人稳定起立方法研究[J];西南大学学报(自然科学版);2008年11期

8 ;双足机器人实时姿态控制设备和方法[J];电脑与电信;2008年01期

9 梁文宏;马朝锋;刘凯;;双足机器人着地振动研究[J];机械设计;2008年06期

10 槐创锋;方跃法;;5连杆双足机器人建模和控制系统仿真[J];系统仿真学报;2008年20期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 周彦俊;谈英姿;许映秋;;双足机器人全向快速行走研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第二分册）[C];2009年

2 汤哲;孙增圻;;双足机器人的轨迹生成[A];马斯特杯2003年中国机器人大赛及研讨会论文集[C];2003年

3 汤超;王志良;郝文瑞;刘涛;赵积春;;十七自由度双足机器人的步行稳定性研究[A];全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集[C];2006年

4 毛勇;王家廞;贾培发;柳宁;杨泽红;宋亦旭;;半被动双足机器人的机械参数优化设计[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年

5 付成龙;王健美;黄元林;陈恳;;基于性能指标图集的双足机器人行走模式规划[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年

6 丁长涛;杨世锡;甘春标;;多源随机不确定性驱动下双足机器人动力学响应分析[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

7 张奇志;周亚丽;;基于脉冲推力作用的双足机器人半被动行走[A];2013年中国智能自动化学术会议论文集（第三分册）[C];2013年

8 甘春标;;双足机器人驱动力矩对不确定参数的敏感性分析[A];第二届全国随机动力学学术会议摘要集与会议议程[C];2013年

9 李建;陈卫东;王丽军;杨军;李慕君;;不平整地面上双足机器人的步态控制[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第五分册）[东南大学学报（增刊）][C];2009年

10 赵秋玲;周亚丽;张奇志;;双足机器人无源动态行走步态设计的粒子群优化算法[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 孙明泉 朱伟华 本报特约记者 张士英;[N];光明日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 彭胜军;双足机器人跑步运动稳定性分析与协调控制技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

2 王丽杨;基于能效优化的双足机器人自学习控制方法研究[D];广东工业大学;2013年

3 敬成林;双足机器人稳定行走的仿人预测控制方法研究[D];重庆大学;2011年

4 毛勇;半被动双足机器人的设计与再励学习控制[D];清华大学;2007年

5 俞志伟;双足机器人拟人步态规划与稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

6 朱晓光;双足机器人步态与路径规划研究[D];华北电力大学;2012年

7 刘成军;双足机器人欠驱动动态步行仿人运动控制研究[D];重庆大学;2011年

8 胡勇;基于被动性和欠驱动性的双足机器人运动控制研究[D];浙江大学;2012年

9 王海燕;液压驱动双足机器人运动系统设计与控制[D];山东大学;2014年

10 朱志斌;基于滚动优化的双足机器人动态步态规划研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 朱道宏;双足机器人步行姿态跟踪控制方法研究[D];西安科技大学;2011年

2 吕国星;多双足机器人网络协作控制研究[D];西安电子科技大学;2013年

3 廖绍辉;双足机器人几何建模及运动规划的研究[D];大连交通大学;2008年

4 边琦;基于双足机器人的步行研究[D];北京邮电大学;2009年

5 刘志川;双足机器人的步态控制研究[D];中国科学技术大学;2009年

6 宋宪玺;双足机器人的建模与稳定性分析[D];中国科学技术大学;2010年

7 李恒楠;双足机器人行走稳定性控制方法与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

8 潘亚宾;双足机器人目标识别与跟踪方法研究[D];江南大学;2011年

9 李秀梅;双足机器人仿生足部运动机构研究[D];杭州电子科技大学;2011年

10 李建;双足机器人的倒立摆模型及其控制研究[D];山东大学;2005年

  本文关键词：欠驱动双足机器人高效行走控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

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