六足仿生機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其柔順控制研究.pdf

1、隨著人類對自然界探索的不斷發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)δ軌蛟趶?fù)雜環(huán)境中自由移動(dòng)機(jī)器人的需求日趨廣泛。六足仿生機(jī)器人對地形的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，能夠在復(fù)雜的地表高效行走，具有冗余的肢體結(jié)構(gòu)，可以在失去若干肢體的情況下，繼續(xù)執(zhí)行一定的任務(wù)。因此，六足仿生機(jī)器人比較適合進(jìn)行野外偵查、水下搜索以及太空探測等對機(jī)器人的可靠性、自主性要求較高的工作。
　　本課題的目的是設(shè)計(jì)一種模塊化的、具有力感知功能的六足仿生機(jī)器人的單腿結(jié)構(gòu)，并對設(shè)計(jì)的單腿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和足

2、端軌跡規(guī)劃，研究足端與地面接觸過程足端力的柔順控制策略，實(shí)現(xiàn)腿部的柔順控制。
　　本文從仿生學(xué)的角度出發(fā)，對六足昆蟲的腿部進(jìn)行研究。分析了腿部結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)完成了六足仿生機(jī)器人的單腿結(jié)構(gòu)：完成了模塊化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)，在高集成度的要求下有效地減小了關(guān)節(jié)尺寸；實(shí)現(xiàn)了集成于腿部結(jié)構(gòu)的力和力矩傳感器，包括足端三維力傳感器和關(guān)節(jié)力矩傳感器的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)了集成于單腿脛節(jié)的被動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)，結(jié)合力感知功能為后文單腿的力柔順控制奠定基礎(chǔ)。<

3、br>　　對設(shè)計(jì)的單腿進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了單腿的D-H坐標(biāo)系，求出了機(jī)器人單腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、逆解和雅可比矩陣，為下文機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)和控制提供條件。根據(jù)六足機(jī)器人的步態(tài)特點(diǎn)和控制需要，進(jìn)行了足端軌跡規(guī)劃，并對生成的足端軌跡進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。
　　針對六足仿生機(jī)器人足端力的柔順控制問題，分析了兩種足端力的阻抗控制策略。針對本課題設(shè)計(jì)的機(jī)器人單腿，采用了基于足端位置的阻抗控制策略，并通過公式推導(dǎo)和控制系統(tǒng)仿真，分析了阻抗參數(shù)對力跟蹤