基于SLIP模型的四足仿生機(jī)器人Galloping步態(tài)高速運(yùn)動歸約化控制方法研究
四足機(jī)器人具有良好的運(yùn)動靈活性和環(huán)境適應(yīng)性,是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點。隨著研究的深入和對機(jī)器人運(yùn)動性能需求的提高,四足機(jī)器人研究領(lǐng)域分化出以高速運(yùn)動為目標(biāo)的研究分支。生物學(xué)研究顯示,跳躍步態(tài)是四足動物典型的高速對稱步態(tài),且多種動物在高速速度中存在脊柱大幅地參與運(yùn)動,而相應(yīng)的脊柱型四足機(jī)器人的理論及運(yùn)動控制研究卻鮮見報道。當(dāng)前研究大多孤立了脊柱環(huán)節(jié),鮮有整機(jī)的建模研究以及運(yùn)動控制方法研究。在該方向的研究勢必推動仿生工程和機(jī)器人運(yùn)動控制等方面的發(fā)展,此外,以其高速運(yùn)動的特點,在軍事偵察、救震救災(zāi)和未來生活等領(lǐng)域也將具有廣闊的應(yīng)用前景。首先,本文以分析獵豹的運(yùn)動特性入手,建立了脊柱型四足機(jī)器人七桿模型,以及構(gòu)建了ASLIP動力學(xué)模型,使用拉格朗日方程推導(dǎo)了其跳躍運(yùn)動的動力學(xué)方程;迭代運(yùn)算動力學(xué)微分方程,使用龐加萊映射方法搜索了機(jī)器人七桿模型基于ASLIP跳躍運(yùn)動的不動點,結(jié)果顯示不動點在固定能量層級下呈區(qū)域性分布;不動點的對比結(jié)果顯示基于ASLIP模型的運(yùn)動比基于SLIP模型的運(yùn)動能適應(yīng)更高的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動速度,并作了觸地力、脊柱角和穩(wěn)定性等特性分析。為脊柱型四足機(jī)器人跳躍運(yùn)動提供了動力學(xué)模型和理論基礎(chǔ)。然后,根據(jù)機(jī)器人模型各關(guān)節(jié)主動力作用于控制量的廣義力計算結(jié)果,研究了前向速度、彈跳高度、機(jī)身俯仰角
哈爾濱工業(yè)大學(xué)
2021-05-04