六足机器人非结构化地形下步态生成与腿部控制研究

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六足机器人腿部结构的冗余、时变拓扑的特点以及落足点选择的离散性使其具备较强的非结构化地形适应能力。落足点选择作为六足机器人移动过程中的重要环节,其合理性与六足机器人运动稳定性、移动速度、越障能力等息息相关。因此,研究六足机器人非结构化地形下步态生成具有十分重要的理论意义和实用价值。本文首先介绍了六足机器人本体结构,并基于机器人学相关理论从机器人串联角度分析了六足机器人摆动腿运动学和足端工作空间;从机器人并联角度分析了六足机器人躯干运动学和躯干工作空间。将ADAMS仿真结果与MATLAB计算结果进行对比验证了串并联运动学分析的正确性。然后对六足机器人初始状态进行优化以使其运动灵活度最大,提出用多目标粒子群算法对该优化问题进行求解。基于三足步态,结合已知地形信息对六足机器人进行步迹点规划,即步态生成。提出采用小范围快速规划策略进行落足点选取以满足快速性和有效性要求;分析落足点选取所需考虑的地形约束、机器人自身运动约束和稳定性约束并将其表达成一系列惩罚函数,综合考虑惩罚函数并用它来评价落足点的“好坏”,这样本文的步迹点规划就转化成一个优化问题,提出采用蚁群算法对该优化问题进行求解从而规划出机器人四步步行所需的落足点。最后通过MATLAB仿真计算验证了该步迹点规划的有效性。充分考虑机器人运动能力和地形约束,对六足机器人全身运动进行规划。为了满足六足机器人步行时的柔顺性要求,提出采用基于位置的阻抗控制策略并分析了该控制策略的力位跟踪性能从而提出更有效的自适应阻抗控制,最后通过MATLAB和ADAMS的联合仿真验证了该控制策略的有效性。最后,建立了基于ADAMS的动力学仿真平台,针对非结构化地形进行步迹点规划和运动规划仿真实验验证。为了进一步验证上述规划,设计了实物实验并对实验结果进行了分析。最后搭建六足机器人单腿实物平台验证自适应阻抗控制的力位跟踪特性。
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