非结构环境下四足机器人稳定运动控制技术研究

作     者：谢家兴 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：俞志伟

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：四足机器人 足端轨迹规划 移动变长倒立摆模型 力反馈 非结构环境 

摘      要：随着对足式机器人研究的不断深入,科研人员已不满足于仅仅在实验室环境下实现机器人的稳定运动,而是迫切地希望机器人能在复杂多变、条件恶劣的环境下自主完成任务,且对机器人的运动稳定性提出了更高的要求。足式机器人在复杂环境下的稳定运动已然成了机器人领域的研究热点与难点。为此,本文以四足机器人为实验平台,对其在非结构环境下的稳定运动控制技术进行了相关研究,主要工作内容如下:基于四足机器人的结构优化,使其单腿运动空间提升了16.7%;分析了足端轨迹组成因素对四足机器人运动稳定性的影响,设计了一种新型四足机器人足端轨迹并实现了四足机器人在对角小跑步态下的稳定运动。为实现四足机器人的自恢复平衡稳定控制,提出了移动变长倒立摆模型,分析了其动力学特性,提出的姿态反馈控制律实现了四足机器人的自恢复平衡稳定控制。开展了四足机器人在对角支撑条件下的自恢复平衡稳定平衡实验,验证了四足机器人在外力干扰下的自恢复平衡能力,为后期四足机器人在非结构环境下的稳定运动奠定了基础。开展了四足机器人在非结构环境下的稳定运动控制技术相关研究,建立了四足机器人单腿与环境作用模型,实现了四足机器人在仿真环境下的力反馈柔顺控制。进行了四足机器人在动态环境下的自主适应性实验;所提出的对斜坡环境的自感知与自适应运动控制方法成功实现了四足机器人对13.5°斜坡的翻越;提出的三角步态及其控制方法成功实现了四足机器人在非结构环境下的稳定运动,为后期四足机器人在非结构环境下的快速稳定运动奠定了基础。