六足机器人自主爬行步态及姿态控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:snakegmj
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六足机器人具有关节自由度多、稳定性好、承载能力高、地形适应性强的优点,适合对一些人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合进行探索和研究,其优越的性能一直是国内外关注的热点。本论文的目的是研制一种适用于各种地形的载重六足机器人平台,实现全方位移动及良好的姿态控制。论文研究工作主要从以下方面展开:首先,针对六足机器人的机械结构,分析其腿部运动学和身体运动学,利用几何法推导其正逆运动学方程,得到足端及机体位姿与六足机器人各关节角位置的映射关系;基于铰接体算法建立移动基座六足机器人动力学模型,并引入关节摩擦力及环境接触力等影响因素,能够为后续的控制器提供有效的动力学模型。其次,根据六足机器期望的运动速度与方向,采用波动步态算法研究占空比、相对相位、运动周期、稳定裕度等自主爬行步态关键参数的影响;通过调整足端速度的水平与垂直分量运动规律,计算足端轨迹,而后基于逆运动学模型求解关节运动状态,并由此设计出六足机器人自主爬行步态算法。最后,构建了六足机器人电控系统,基于自主爬行步态及姿态控制算法设计了控制软件,考虑六足机器人的动力学特性,利用雅克比矩阵的力域特性设计了带重力补偿的PD控制器,提高了负载情况下六足机器人系统的稳定性。通过仿真跟踪期望运动轨迹验证了自主爬行步态算法,通过载重仿真分析关节跟踪误差验证了控制器的可行性,仿真测试了硬地和软地条件下机器人平地行走效率和最大爬坡角度等性能,利用硬件系统验证了典型步态和身体的姿态控制。
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