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四足机器人步态规划与运动控制研究

郭晖晖  
【摘要】:机器人技术是当今科技发展的热点之一,四足机器人不仅能够运用于军事领域,还可以运用于运输、家庭服务等商用和民用领域,因而应用价值良好。对四足机器人的步态规划和运动控制的研究,是机器人拥有实际应用价值的关键,具有理论指导意义。本文在ADAMS运动仿真平台下,进行了三角步态和对角步态的研究,并且在三角步态的基础上,通过MATLAB和ADAMS的联合仿真,进行了轨迹规划控制和姿态反馈控制的研究。利用D-H坐标法分析四足机器人的运动学正/逆问题,能够掌握四足机器人足端相对于机身的位姿与关节转动变量的关系。采用欧拉-拉格朗日法推导四足机器人单腿连杆系统的动力学方程,能够了解到杆件的受力与转动角度、角速度以及角加速度之间的关系。介绍了四足机器人的几种基本步态以及ADAMS运动仿真平台。在ADAMS仿真环境下,利用正弦函数和半波函数设计四足机器人的对角步态和三角步态,分析了两种步态的运动情况。在三角步态的基础上,重新规划了四足机器人足端的运动轨迹,并且通过Simmechanics工具箱验证了D-H运动学计算的正确性。介绍了MATLAB和ADAMS联合仿真在四足机器人上的运用,并且通过联合仿真实现了轨迹规划控制以及姿态角反馈控制。介绍了四足机器人验证平台的设计。通过Solidworks设计了四足机器人的机械结构。使用Altium Designer设计了电路控制系统的原理图和PCB板。在整个硬件平台的基础上设计了嵌入式软件,能够在μC/OS-II操作系统下实现对角步态、三角步态等运动。


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