四足机器人越障步态设计和姿态控制

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为适应丘陵、山地等复杂崎岖地形,足式机器人成为各国在机器人领域的研究热点。四足机器人对复杂地形的适应能力取决于其越障过程中采用的步态和机身位姿的调整方法。本文通过分析四足机器人的越障过程,提出了一种四足机器人越障的足端轨迹规划和调整方法以及机身重心调整的优化方法。  通过对四足机器人单腿迈步过程的分析,总结了单腿迈步过程中出现的影响落足点可靠性的两种情况:前半程足端碰撞和后半程尺骨碰撞。通过分析两种情况对应的足端可达空间,提出了前半程足端碰撞后垂直向上运动后重新规划足端轨迹,后半程尺骨碰撞后向后方重新规划轨迹的足端轨迹调整策略。仿真结果表明,两种调整策略可很好的适应障碍地形,找到合适的落足点。  为使四足机器人足端的实际运行轨迹与规划轨迹相符,消除由各关节动力学耦合引起的负载对舵机输出的影响,采用扰动消除器的方法滤除舵机负载干扰。运用神经网络对某舵机模型进行了系统辨识和系统逆辨识,并以辨识结果构造了该舵机的扰动消除器,最后通过Simulink进行了阶跃负载信号作用下的仿真,结果表明所设计的扰动消除器可以很好的消除负载对舵机输出的影响。  对四足机器人越障过程中机身重心位置的调整过程进行了分析,提出了满足一定稳定裕度的条件下通过对各腿迈动步幅预估而进行机身重心调整轨迹优化的方法,使四足机器人的机身重心运动轨迹契合机器人的运动轨迹,仿真结果表明,该方法可有效减弱传统重心位置调整方法造成的机身波动。  最后在构建的崎岖地形中进行了四足机器人越障仿真,仿真结果表明,采用上述方法可使四足机器人平稳的通过崎岖地形。
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