平面液壓雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃及阻抗控制研究說明

　　足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)具有足與地面非連續(xù)接觸的特點(diǎn)，這使得它對(duì)不平路面環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以應(yīng)用在探險(xiǎn)救災(zāi)等危險(xiǎn)的任務(wù)中。與四足及六足機(jī)器人相比，雙足機(jī)器人足部與地面的接觸支撐面積較小，使其具有更高的靈活性和環(huán)境適應(yīng)性，但這也是雙足機(jī)器人容易跌倒的主要原因之一。本文以液壓雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃及柔順控制為目標(biāo)，進(jìn)行以下研究。

　　介紹平面液壓雙足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，分析雙足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；建立雙足機(jī)器人單腿的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并根據(jù)雙腿的特點(diǎn)將運(yùn)動(dòng)學(xué)模型解耦；分析各關(guān)節(jié)處的連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，推導(dǎo)并擬合出了各關(guān)節(jié)角度和對(duì)應(yīng)液壓缸伸長(zhǎng)量的關(guān)系。

　　研究基于線性倒立擺模型的雙足機(jī)器人動(dòng)步態(tài)規(guī)劃方法。通過建立機(jī)器人簡(jiǎn)化的動(dòng)力學(xué)模型，得到質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡的表達(dá)式；分析雙足機(jī)器人行走時(shí)步長(zhǎng)、質(zhì)心高度以及質(zhì)心初始速度對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響；在軌跡規(guī)劃中引入了移動(dòng)ZMP理論及雙足支撐階段，完成了機(jī)器人起步、中步及止步階段完整的動(dòng)態(tài)步行運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃。

　　研究雙足機(jī)器人的阻抗控制策略。介紹了兩種常用的阻抗控制策略；分別建立并分析了液壓雙足機(jī)器人單關(guān)節(jié)及單腿基于位置的阻抗控制模型；推導(dǎo)了液壓雙足機(jī)器人阻抗控制的實(shí)現(xiàn)過程；考慮到雙足機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，推導(dǎo)了在缺失足端力傳感器的條件下實(shí)現(xiàn)雙足機(jī)器人阻抗控制的方法。

　　在Adams中建立與實(shí)際機(jī)器人相同尺寸及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的仿真模型，對(duì)機(jī)器人起步、中步及止步階段進(jìn)行完整的運(yùn)動(dòng)仿真。搭建平面液壓雙足機(jī)器人步行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別進(jìn)行單關(guān)節(jié)和單腿的位置伺服阻抗控制行走實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證步態(tài)規(guī)劃應(yīng)用在實(shí)際機(jī)器人中的合理性，并驗(yàn)證了基于位置伺服的阻抗控制算法能減小機(jī)器人行走過程中與地面的沖擊力，增加了雙足機(jī)器人足部的柔順性。