轮式机器人应用固然普遍,腿足式机器人凭借其较强的灵活性以及环境适应性,在灾后救援、野外勘探以及军事领域有广泛应用,目前已经成为机器人界最热门的研究领域之一。不过四足机器人的运动控制在最近几年才取得突破性进展,本文将在以下几个方面开展四足机器人的研究。四足机器人的腿部运动学建模以及足端轨迹规划。通过D-H方法建立四足机器人腿部各关节变量和足端笛卡尔坐标之间的正运动学模型,并通过封闭形式解求得腿部的逆运动学解;然后参考贝塞尔曲线,根据机器人特点规划足端的摆动相轨迹,使四足机器人在摆动相过程中有更好的运动特性。腿部柔顺控制的研究。根据柔顺控制动态表达式,可以推导出两种不同的控制方法:导纳控制和阻抗控制。导纳控制是根据期望力矩与实际力矩之间的偏差得到位置控制量输入腿部电机,而阻抗控制是根据期望位置与实际位置之间的偏差得到力矩控制量输入腿部电机。二者都是通过动态控制力与位置之间的关系达到柔顺控制的目的。此外针对阻抗控制中的期望力,在不同地面上有所不同,于是采用系统辨识方法估计地面刚度,然后应用到阻抗控制中。站立状态下的姿态稳定控制以及基于模型预测的运动控制。首先站立状态下,把四足机器人看成并联机器人,读取IMU数据通过矢量解算出腿部矢量,而后经过逆运动学实现姿态控制;基于模型预测控制的运动控制分为三个控制层:足端位置规划控制器、轨迹生成器以及阻抗控制器层。足端位置规划控制器的输入为期望速度,输出为下一步足端位置,也为轨迹生成器的输入值,轨迹生成层的输出为每个时刻基于髋关节坐标系的足端位置,该位置输入阻抗控制层,随后阻抗控制层输出控制力矩控制四足机器人腿部的运动。四足机器人仿真与实验研究。针对以上内容,采取实验证实了正逆运动学的正确性,阻抗控制比导纳控制响应快、柔顺性好、更加稳定,地面系统辨识可以实现区分不同材料的目的。然后通过仿真确定了较优的PID参数实现了姿态稳定控制。使用模型预测控制算法完成了对四足机器人的运动控制,实现了对不同期望速度的轨迹跟随,并能保持较好的稳定性。