【摘 要】
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对于腿足动物来说,步态和运动的速度以及周边的地形环境是紧密联系在一起的,因为在某一范围内的速度选择合适的步态能够最大限度的减小机体的能耗,同时选择合适的步态能够通过相应的地形环境,这些对于动物来说是十分重要的,而这也同样适用于腿足式机器人。其次是对于四足机器人的多步态运动控制而言,如果能在统一的控制框架下实现多种步态运动控制的目的,这不仅能够简化控制程序,同时还增强了控制方法的统一性和适用性,因此
【基金项目】
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国家863“十二五”主题项目课题“高性能四足仿生机器人柔顺控制与环境适应性研究”、协作项目课题“四足仿生机器人新型控制系统研制和多步态运动控制算法研究”； 国防科大科研计划项目“目标驱动的步行机器人可变柔顺控制”；
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对于腿足动物来说,步态和运动的速度以及周边的地形环境是紧密联系在一起的,因为在某一范围内的速度选择合适的步态能够最大限度的减小机体的能耗,同时选择合适的步态能够通过相应的地形环境,这些对于动物来说是十分重要的,而这也同样适用于腿足式机器人。其次是对于四足机器人的多步态运动控制而言,如果能在统一的控制框架下实现多种步态运动控制的目的,这不仅能够简化控制程序,同时还增强了控制方法的统一性和适用性,因此选择合适的控制方法达到多步态控制的目的也十分重要。因此本文针对四足机器人多步态控制问题,提出了基于力旋量补偿的模型预测控制方法,实现了对四足机器人多步态的控制。其主要包括以下几个方面的内容:（1）通过对单腿机器人进行运动学和动力学分析,利用MATLAB与recurdyn对简化单腿进行了竖直方向稳定运动控制的仿真,验证了模型预测控制在四足机器人支撑期运动控制的可行性,为后续四足机器人在支撑期使用模型预测控制提供了理论基础。（2）通过基于浮动基座系统对四足机器人进行数学建模,得到四足机器人整体的动力学状态空间方程,并结合姿态角几乎为零且腿部质量相对于本体质量可忽略的假设对四足机器人模型进行简化,得到线性时变的数学模型,为后续的控制器设计提供模型参考。（3）基于线性时变的数学模型,设计了四足机器人模型预测控制器,通过利用Ubuntu18.04/gazebo9平台进行四足站立仿真,发现了纯模型预测控制的不足,提出了力旋量补偿的方法,设计了力旋量补偿器。同时设计了腾空期阻抗控制器,对纯位置的PD控制加入了哥氏力、重力以及加速度前馈补偿,提高了腿部运动轨迹的跟踪精度。（4）针对建立的力旋量补偿的模型预测控制器,利用Ubuntu18.04/gazebo9仿真平台,对SDF文件编写的四足机器人模型进行仿真实验,实现了walk、trot、pronk、bound步态的运动控制,同时还对四足机器人抗侧向冲击、转弯、步态切换、速度切换进行了仿真,都取得较好的效果,基本实现了运动控制的期望目标。
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