四轮机器人着地模型及控制方法研究

【摘要】：本课题构建了四轮可重构机器人移动平台,该机器人可以通过重构悬架使四轮保持着地,从而增加了机器人非机构环境下的稳定性,达到越障要求。本文主要针对该四轮可重构机器人着地模型及控制方法开展研究,在可重构悬架结构、运动学分析、稳定性评价方法、着地模型及控制、嵌入式控制系统设计等方面寻求实用有效的设计方法。 通过对国内外已有非结构化地面机器人机械结构和平衡结构的研究,结合本课题需要,设计了机器人四轮半主动并联悬架结构,分析了此结构的特点和优势。作为一种多支链运动结构,该四轮机器人具有时变的运动拓扑结构,同时还是一种冗余驱动系统,因此需要建立一个简单有效的实时的机器人行走运动学模型。同时,制约机器人广泛应用的主要问题是其稳定性问题,为了准确的评定四轮机器人的稳定性和抗扰性,本课题试图寻求一种更具有一般性的稳定性评价方法建立干扰项、重心高度、支撑面姿态以及机器人质量等参数与稳定裕度的关系,为全面的评价机器人稳定性提供了依据。 当路面有弹性变形或者机器人踏上障碍时,单纯的位置控制会导致躯体的绝对高度降低或者姿态改变。因此四轮机器人在前进过程中除了要满足重心的稳定性外,还要满足机体的平衡。本课题在提高机器人稳定性的基础上,结合轮力反馈控制,采用四轮着地模型简单实用的控制策略,实现机器人稳定性及平衡的统一。 最后采用多处理器的主从控制架构,设计了相应的外围接口电路和接口程序。同时开展了基本重构姿态及非平坦路面的四轮着地实验,验证机器人设计及理论分析的正确性。