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《北京交通大学》 2009年
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四足步行机器人建模与控制方法

槐创锋  
【摘要】: 目前国内外对四足步行机器人的研究已取得了一系列的重要进展,但距离实用还有一段距离。过去几十年,从生物运动得到灵感而研制了大量的腿结构机器人。采用静态步行步态的四足机器人很多,但是这些机器人无一例外速度很慢,并且其重心必须一直处于脚支撑多边形之内,这无疑限制了该类机器人的工程实际应用。近年来,研究人员也研制了一些动态步行的四足机器人,然而,这些机器人都缺少生物运动的基本特征:高层控制,因此,产生的动态步态在研究高速机动时具有局限性。 本文首先进行步行机器人的机械结构设计,建立机器人运动学、动力学模型。然后,针对四足机器人静、动态步行的特点,设计基于分级控制技术的控制器,腿原函数存在于控制器的最低级,以连续的方式形成第二级的协调函数。协调函数又可以被组合成行为模块,行为模块组成控制器的最高级别序列级。最终实现四足步行机器人在不平整地面上全方位静态步态的自动生成。 四足机器人动态步行时,将其简化为弹簧负载倒立摆模型进行动力特性分析,将高层的步行控制任务分解为对支撑腿和摆动腿的控制,以切换和组合的方式实现步行控制。设计了对角支撑虚拟组件、平缓拖动虚拟组件和四足支撑虚拟组件,以基于虚拟模型的直觉控制策略完成了机器人的小跑动态步行控制。 除此之外,本文还介绍了四足步行机器人环境识别方法。最后,在此基础上提出了一种避障算法,利用此方法,可以进一步实施机器人在配置视觉系统和障碍物测距传感器情形下的自主步行运动。 文中的四足步行机器人能够实现稳定的周期运动,速度可达每秒1/4-1/2身长(0.16-0.32m/s);实现了walk、trot两种步态和步态相互转换;具有一定的非结构环境适应性,能够自主应付复杂地形条件,完成上下坡、跨越相当于腿长20%高度(30mm)的障碍。仿真实验表明该方法在控制简便性、机器人环境适应性、运动速度方面优于传统方法。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP242

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【相似文献】
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