基于柔性关节的四足机器人稳定性控制研究

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在四足机器人研究领域,已经越来越多的采用了具有柔性的零部件,这主要是因为柔性零部件具有诸如缓和冲击,提高能耗比等方面的重大优势。在诸多的柔性零部件当中,柔性关节的应用受到了领域内科研人员的广泛关注,但是具有柔性关节的四足机器人在稳定性方面却鲜有研究,针对这种情况,本文进行了具有柔性关节的四足机器人稳定性控制研究,通过研究,本文提出了柔性关节刚度调整策略和四足机器人运动过程中的姿态补偿策略,使具有柔性关节的四足机器人具有良好的稳定性。本文首先建立了一种新型的平面五杆机构柔性单腿,并在此基础上建立了具有柔性关节的四足机器人虚拟样机模型。在建立了四足机器人的虚拟样机模型后,结合D-H法,对四足机器人的运动学进行分析,包括四足机器人正运动学和逆运动学两部分。接着,使用MATLAB软件求取四足机器人的足端工作空间,通过足端工作空间的计算,进一步确认了四足机器人设计的合理性,为四足机器人单腿足端轨迹规划奠定了理论基础。然后,本文对四足机器人的典型运动步态进行详述,并选取了对角运动步态作为本文研究的主要内容,结合四足机器人对角运动步态的特点,设计了四足机器人对角运动步态的运动控制方法,实现了四足机器人对角运动步态下的稳定行走。由于本文研究具有柔性的四足机器人稳定性,本文对传统四足机器人和具有柔性的四足机器人在行走过程中稳定性变化的差异进行了对比,并通过仿真实验的形式直观的给出了二者的差异。最后,基于传统四足机器人与具有柔性关节的四足机器人在行走过程中稳定性变化的差异,本文提出了一种四足机器人柔性关节变刚度控制策略,实现了良好的四足机器人行走稳定性,同时,提出了一种四足机器人姿态补偿策略,提高四足机器人的行走稳定性。
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