复杂斜坡环境下四足机器人的稳定行走评价及控制研究

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四足机器人在斜坡地形上运动,需要进行步态规划以及稳定性调整。在运动过程中,外部环境有着不确定性,影响着机器人在斜坡地形的通过性,所以本文从步态设计、稳定性判定方法及控制算法对机器人在斜坡运动进行深入研究,主要内容包括以下四部分:  首先,四足机器人运动地形与动力学分析:从地形学分析出发,得出了平坦斜坡地形、斜坡凸起地形、斜坡凹坑地形和斜坡凸凹地形,结合斜坡地形对四足机器人腿部进行动力学分析,运用拉格朗日法得出四足机器人左后腿在斜坡条件下的动力学方程;  其次,斜坡地形下四足机器人步态设计及稳定性判定方法:通过分析自然界中四足动物的基本步态,给出了四足机器人平面步态的基本定义,以及四足机器人在平坦斜坡、斜坡凸起、斜坡凹坑、斜坡凸凹地形下的适应性步态,针对不同的地形,分别将四足机器人在斜坡凸起和斜坡凹坑地形的下运动分为三种构型,通过立角稳定锥法分别计算出各种构型下四足机器人的最小稳定角,得出四足机器人的稳定性指数;  再次,各种斜坡地形下四足机器人运动仿真验证:分别对四足机器人在各种斜坡地形下运动进行了运动仿真分析,对四足机器人的足端接触力大小进行比较,得出左后腿的抖动较大,对四足机器人运动过程中稳定性影响较大,同时验证了四足机器人在这三种地形下所设计的步态的合理性;  最后,斜坡地形下四足机器人的滑模控制算法研究:对四足机器人左后腿的动力学非线性系统设计了基于指数趋近的滑模控制器,利用基于名义模型的滑模控制算法减小四足机器人运动抖动问题,基于ADAMS与Simulink平台下,对四足机器人在斜坡凸凹地形下进行联合仿真,验证了滑模控制算法对四足机器人通过斜坡凸凹地形的有效性。
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