四轮足机器人稳定性及轨迹规划研究

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本文提出了一种四轮足机器人,分析了其运动学以及动力学相关问题,在对机器人稳定性分析的基础上提出了最大稳定策略下的轨迹规划方法,并进行了误差标定实验。首先,提出了一种基于(2UPS-U)+R的串并混联结构的四轮足机器人,介绍了机器人的整机构型,对单腿的自由度以及工作空间进行了求解,推导了单腿机构的位置正解、反解公式,并对公式进行了仿真验证。其次,基于静态稳定裕度的方法,求解了机器人静态步态下的稳定边界,并通过对机器人行走时落足点坐标以及重心投影坐标的求解,分析了稳定裕度的计算方法。建立了机器人单腿机构的动力学模型,并利用拉格朗日法对其进行了求解。再次,在对机器人进行轨迹规划之前,分析了机器人关节转角以及力矩约束。对机器人的机身工作空间进行了求解,分析并求出了机器人重心的轨迹规划方程,并在机身最大稳定性策略下对重心轨迹进行了优化,针对机器人足端点轨迹规划,分析求解了常规轨迹规划以及爬台阶的轨迹规划方程,并采用模糊PID控制器对关节的跟踪精度进行了仿真和修正。最后,研制出了四轮足机器人单腿样机,对样机进行了调试。搭建了单腿运动轨迹跟踪系统,在机器人迈步过程中,对足端点轨迹进行跟踪,生成了足端点轨迹曲线,与理论轨迹曲线进行对比,并分析了误差产生的原因。
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