四足机器人机体姿态及运动控制算法仿真研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:a7753834
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四足机器人作为非常典型的地面移动机器人,其运动性能及适应能力都十分的优异,应用范围也十分的广泛,吸引了国内及国际上众多科研人员的目光。本文对四足机器人的单腿进行了运动学以及动力学建模和分析,在此基础上对四足机器人足端点轨迹进行了规划与控制,实现了四足机器人的运动,并使用基于中枢模式发生器的方法,实现了四足机器人的四种典型步态的运动控制。对四足机器人单腿进行了运动学以及动力学建模分析。本文采取D-H参数法对单腿正运动学方程进行了推导,对逆运动学求取关节角过程进行了推导,采用拉格朗日法对四足机器人单腿的动力学方程进行了推导,并在MATLAB中使用机器人工具箱进行了仿真。采用RPY角方法,对四足机器人机体姿态控制策略进行了分析。对四足机器人足端点进行了基于模型的轨迹规划,实现了四足机器人的运动控制。使用了一种矩形摆线的轨迹规划方法,对四足机器人摆动足足端点的轨迹进行了规划,在MATLAB中使用机器人工具箱对其进行了仿真验证。针对逆运动学解析方法造成的运动位置偏差,增加了辅助关节帮助运算,进行了控制算法设计,并在Webots中建立四足机器人模型进行了验证,实现了trot步态的稳定行走。对四足机器人基于中枢模式发生器(CPG)方法的步态控制进行了研究。介绍了CPG方法产生的背景及控制原理,使用MATLAB对Hopf振荡器的动态特性进行了分析。采用了分层式的CPG控制网络,在MATLAB中产生了四足机器人四种典型步态的控制曲线,对控制曲线存在尖点与突变的情况进行了改进,所有控制曲线都在0.1s内达到了稳定振荡。在Webots中对四足机器人四种典型步态进行了仿真,结果表明四足机器人可稳定行走,双拍步态的行走速度大于1m/s,机体起始姿态稳定时间小于100ms,俯仰角及横滚角变化均在安全范围内。
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