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四足机器人静态全方位步行的稳定性研究及实验仿真

作　者: 高杉
导　师: 褚东升；张磊
学　校: 中国海洋大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 四足机器人 静态全方位步行 稳定裕度 四脚支持时间 占空比
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


多足型机器人相对于轮形机器人有着很高的地形环境适应能力,可以在复杂地形进行全方位的移动,因此广泛应用于救灾,以及工程等领域。四足机器人又是多足机器人中最实用的一种,在复杂地面进行移动时,静步态移动方式稳定性较好。目前的四足机器人静态全方位步行理论研究中,通过连续步态迁移的方法实现了四足机器人在平面上静态全方位步行的运动方式。但是在四足机器人静态全方位步行的实验中,发现在占空比β=0.75没有四脚支持时间的运动方式下,在步态迁移的过程中,四足机器人经常出现倾倒的现象。本文基于以前的四足机器人静态全方位理论,进行了静态全方位步行稳定性方面的研究,并根据不稳定因素出现的原因提出了解决方法,具体的研究工作如下:(1)稳定性的分析。针对步态迁移中出现倾斜这一不稳定现象,根据步态迁移种类的不同,对不同的步态迁移情况的稳定性作了详细地分析,找出了不稳定因素存在的原因。四足机器人运动到支持脚对角线附近出现了稳定裕度为0的情况,在一些步态迁移种类中瞬间为0,在一些步态迁移中持续为0。因为四足机器人的实际机构和理论的尺寸大小之间存在误差,所以四足机器人在运动过程中偶然会出现倾斜的现象,尤其是在步态迁移中稳定裕度持续为0的时候。这种倾斜的现象是四足机器人在实际应用中不能出现的,会大大的影响实际作业过程中的稳定性、精密性。(2)具体的解决办法。为了保证四足机器人在静态全方位步行的步态迁移中不出现倾斜的现象,本文第四章,针对不同的步态迁移方式,根据不稳定因素出现的原因,提出了保证四足机器人在静态全方位步行的过程中稳定裕度一直大于0的方法,通过提高占空比大于0.75来增加四脚支持时间,并利用四脚支持时间移动四足机器人重心的方法来消除不稳定因素,根据步态迁移种类的不同,分别给出了移动重心的具体方法。(3)实验仿真。本文通过仿真实验验证了所提出方法的有效性,从实验结果中可以看出,随着占空比的提高可以显著的提高步态迁移过程中稳定裕度的最小值,并且在综合性连续步态转换实验的结果中,也可以看到,利用四脚支持时间,可以稳定的实现全方位的移动,从而证实了通过采用提出的新方法,可以保证静态全方位步行过程中稳定裕度一直大于0。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 学术背景和研究意义  10-18
    1.1.1 机器人概述  10-14
    1.1.2 四足机器人研究现状  14-18
  1.2 静态全方位步行  18-19
  1.3 本文的研究  19-20
2 四足机器人静态全方位步行  20-35
  2.1 引言  20
  2.2 四足机器人基本概念  20-23
  2.3 四足机器人静态全方位步行的实现  23-35
    2.3.1 静态全方位步行  25
    2.3.2 步态的规划和选择  25-29
    2.3.3 四足机器人运动过程中游脚的落地点位置和支持脚抬起点的位置  29-32
    2.3.4 脚尖端轨迹的规划  32-33
    2.3.5 步态迁移  33-35
3 四足机器人静态全方位步行稳定性分析 及提高稳定性的方法  35-42
  3.1 引言  35
  3.2 从爬行步态到爬行步态的稳定性分析  35-37
  3.3 从爬行步态到旋转步态的稳定性分析  37-38
  3.4 从旋转步态到爬行步态的稳定性分析  38-39
  3.5 从旋转步态到旋转步态的稳定性分析  39-42
4 能够保证稳定裕度为正的静态全方位步行  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 引入四脚支持时间的必要性  42-43
  4.3 稳定裕度为正的爬行步态到爬行步态的步态迁移  43-44
  4.4 稳定裕度为正的爬行步态到旋转步态的步态迁移  44-47
    4.4.1 改变游脚的着地点  45-46
    4.4.2 游脚着地点变更的四脚支持时间移动重心的方法  46-47
  4.5 稳定裕度为正的旋转步态到爬行步态的步态迁移  47-51
    4.5.1 利用四脚支持时间反向移动重心  47-49
    4.5.2 反向移动重心的方法出现的问题及解决方法  49-51
  4.6 旋转步态到旋转步态  51-52
5 实验仿真  52-61
  5.1 引言  52
  5.2 实验条件  52-53
  5.3 实验内容  53
  5.4 仿真结果  53-61
    5.4.1 说明  53-54
    5.4.2 爬行步态到爬行步态的仿真结果及分析  54-56
    5.4.3 爬行步态到旋转步态的仿真结果及分析  56-58
    5.4.4 旋转步态到爬行步态的仿真结果及分析  58-59
    5.4.5 旋转步态到旋转步态的仿真结果及分析  59-60
    5.4.6 综合性连续步态转换实验的结果及分析  60-61
6 结论与展望  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
个人简历  65
发表的学术论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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