仿犬类柔性脊柱型四足机器人的运动协调性与控制

发布时间：2024-02-19 17:51

　　四足哺乳动物是四足机器人研究的最佳蓝本,其灵活、柔顺和稳定的步态运动不仅得益于四肢的协调运动,脊柱在其中也发挥着至关重要的作用,加入柔性脊柱单元是进一步提高四足机器人运动灵活性和稳定性的重要措施。然而,脊柱的加入无疑增加了系统的复杂程度,使系统具有更高的维度和更强的非线性,因此脊柱关节与四肢的运动协调机理和运动控制也成为四足机器人研究的难点之一。为了揭示脊柱关节与四肢的运动协调性及其对运动性能的影响,本文以柔性脊柱型四足机器人为研究对象,重点围绕Trot步态下的运动协调性和运动控制两个问题开展研究,主要研究思路与内容包括以下几点:(1)在犬类运动协调性分析的基础上,提出了能够统一表达具有脊柱关节的四足运动的混合动力学模型。先从犬类的运动特性出发,通过对肢段运动协调性的分析获得了具有两个脊柱关节的运动模型。然后从动力学模型的角度出发,基于弹簧负载倒立摆模型对该运动模型进行了简化规约,根据步态运动的时序特点,通过连续动力学方程的建立以及事件判定函数和状态更新函数的定义,建立了具有脊柱关节的四足运动的混合动力学模型。最后通过庞加莱映射的构建和周期运动不动点的组合寻优,计算和分析了Trot步态...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-2BostonDynamics开发的四足机器人

武汉理工大学博士学位论文6有优势，采用不同的机械结构、驱动单元和控制方法，实现了不同的步态运动和一定的复杂地形通过性实验。(a)KOLT(b)HyQ(c)HyQ2Max(d)Scout-II(e)Cheetah-cub(f)StarlETH(g)ANYmal(h)MITCheet....

图1-3动步态运动的四足机器人

武汉理工大学博士学位论文7walk和Trot步态的负载运动；另外，上海交通大学采用了与其他高校不同的结构形式，如图1-4(d)所示，以串并混联结构作为腿部主体结构[40]，研制的四足机器人BabyElephant[41-43]能够实现不同地形的通过性试验。国内这一时期的四足机器人....

图1-4国内高校研制的液压驱动四足机器人：(a)哈尔滨工业大学；(b)山东大学；

武汉理工大学博士学位论文7walk和Trot步态的负载运动；另外，上海交通大学采用了与其他高校不同的结构形式，如图1-4(d)所示，以串并混联结构作为腿部主体结构[40]，研制的四足机器人BabyElephant[41-43]能够实现不同地形的通过性试验。国内这一时期的四足机器人....

图1-5关节直驱

武汉理工大学博士学位论文7walk和Trot步态的负载运动；另外，上海交通大学采用了与其他高校不同的结构形式，如图1-4(d)所示，以串并混联结构作为腿部主体结构[40]，研制的四足机器人BabyElephant[41-43]能够实现不同地形的通过性试验。国内这一时期的四足机器人....

本文编号：3903089