【摘 要】
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足式机器人拥有较好的适应环境能力,并联式腿部机构拥有更好的承载能力。因此,拥有并联式腿部机构的四足机器人在勘探地形、运送物资和抢险救灾等领域具有较高的实际应用价值。本课题对一种新型腿部并联机构的仿生四足机器人进行控制研究,提高其在对角步态下的运动稳定性。具体研究内容如下:(1)对课题组设计的一种新型仿生四足机器人的腿部平面并联机构进行动力学建模与仿真分析。对机械腿的平面并联机构进行描述,并以机构各
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足式机器人拥有较好的适应环境能力,并联式腿部机构拥有更好的承载能力。因此,拥有并联式腿部机构的四足机器人在勘探地形、运送物资和抢险救灾等领域具有较高的实际应用价值。本课题对一种新型腿部并联机构的仿生四足机器人进行控制研究,提高其在对角步态下的运动稳定性。具体研究内容如下:(1)对课题组设计的一种新型仿生四足机器人的腿部平面并联机构进行动力学建模与仿真分析。对机械腿的平面并联机构进行描述,并以机构各连杆间的几何关系为基础,建立机械腿平面并联机构的空间坐标系,推导并联机构的运动学,得到各连杆与直线驱动器的质心位置和速度;利用拉格朗日方程法建立机械腿平面并联机构的动力学模型,求解出上下两个直线驱动器驱动力的显示表达方程,并在此基础上采用MATALB软件编程和ADAMS软件仿真进行动力学验证。(2)参考四足动物的行走特点规划对角小跑步态,依据足端零冲击原理设计足端运动轨迹,并基于零点力矩(ZMP)原理对四足机器人行走时质心的稳定性进行分析。利用ADAMS软件建立四足机器人虚拟样机模型,对规划的足端轨迹和对角步态进行仿真,验证机器人对角步态规划的正确性与躯体重心的稳定性。(3)建立ADAMS虚拟样机技术与MATLAB软件的联合仿真平台,并融入PID控制技术,来提高机器人对角小跑过程的稳定性。首先确定其输入和输出信号,搭建PID联合仿真平台,设置ADAMS软件的输入、输出通信交互接口;然后在MATLAB/Simulink搭建PID控制器,设置MATLAB与ADAMS软件的交互数据接口,完成联合仿真平台搭建。最后将规划的步态施加到联合仿真平台,验证搭建平台的正确性及有效性。(4)在搭建好的联合仿真模型中加入模糊控制理论,实现对机器人对角步态的模糊PID控制。根据模糊控制规则建立模糊PID控制器,并在MATLAB/Simulink环境中对其对角步态进行联合仿真。通过对比在普通PID控制时四足机器人对角步态下质心运动轨迹和质心运动速度的变化情况,证明建立的模糊PID控制器的正确性和有效性,对这种新型四足仿生机器人的实物样机控制奠定基础。
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