液压六足机器人运动轨迹规划与协调控制研究

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火灾、地震等自然灾害对地形造成了巨大的破坏,常见的轮式救援车辆都无法正常工作,这大大增加了救援工作难度。而足式运动具有对复杂环境更强的适应性,在复杂的环境中起到不可取代的作用。所以,研究作为其代表之一的六足机器人具有着重大的意义和作用。本文针对液压六足机器人在非理想型地面上抗干扰能力弱的问题,着重进行了基于低冲击和速度连续的足端轨迹规划、足端力分配和阻抗控制研究。针对液压六足机器人机械结构特点,采用D-H参数法建立六足机器人单腿运动学模型,得到足端轨迹坐标与各关节转角之间的关系,进而得到其与液压缸位移之间的关系。采用拉格朗日动力学方程建立六足机器人单腿动力学模型,确定各关节转角与其所受转矩的关系,为后续的轨迹优化和协调控制奠定基础。大型液压六足机器人在运动过程中会产生很大的冲击,影响机械结构强度和运动的稳定性。针对上述问题,在法向和切向上采用多项式插值的方法规划基于低冲击和速度连续的足端运动轨迹,保证运动中各关节角速度和角加速度都不发生突变,减少运动冲击。同时,在六足机器人支撑相和摆动相交替前完成速度的换向,保证速度连续,避免出现“卡顿”现象。最终规划出能降低足地冲击和速度连续的足端运动轨迹。面对液压六足机器人对动态环境抗干扰能力弱的问题,采用足力分配和阻抗控制算法控制液压六足机器人。在基于能量最优的足力分配算法基础上,通过改变质心的位置改进足力分配算法。在阻抗控制方面,对阻抗控制的参数进行分析,为后期修改阻抗控制参数提供理论基础。综合以上两个方面,实现对液压六足机器人的协调控制,使六足机器人能够在动态环境中稳定行走。为了验证上述理论的正确性和有效性,对规划的轨迹和控制算法进行仿真和样机实验验证。建立ADAMS和MATLAB联合仿真平台,验证了运动学和动力学的正确性。通过对平坦和崎岖地面不同环境的仿真和分析,验证足力分配和阻抗控制算法的有效性。然后通过样机实验,进一步验证了规划的轨迹和控制算法的实用性。
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