四足机器人动力学控制的研究

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四足机器人是足式机器人的一种,与一般在平地上运动的移动式机器人相比,四足机器人的使用不受环境的限制,能在复杂环境和崎岖的地面运行,由于该机器人需要在复杂的环境里运行,因此常规的控制方法很难满足其在复杂的环境中平稳运行。本文从运动学分析和动力学建模的角度,采用了一种预测控制加全身控制的混合控制系统,目的是减小系统的稳态误差,克服其在复杂环境中运动时的精度影响,使得四足机器人在复杂环境中还具有较高的稳定性。基于此背景,本论文设计了一种基于四足机器人动力学的控制算法。论文主要从四足机器人的运动学建模、动力学建模、机器人控制算法和机器人的仿真以及实物实验四个方面进行研究。论文的主要内容以及取得成果如下:(1)四足机器人的运动学建模:先对3维空间变换做出介绍,再说明对3维运动学和6维运动学的联系,采用6维运动学对四足机器人进行运动学分析,分析了四足机器人各个坐标系之间6维空间变换矩阵和四足机器人各连杆之间的6维空间的速度传递。(2)四足机器人的动力学建模:在运动学基础上,对四足机器人进行动力学建模,对牛顿欧拉逆动力学迭代做出说明,对动力学建模所需的广义重力、广义科氏力、接触雅可比、广义质量矩阵进行了推导。(3)四足机器人控制系统的设计:对四足机器人控制系统的控制算法进行分析,采用模型控制和全身控制的混合控制算法应用于四足机器人的控制系统,使用MATLAB进行仿真,并对控制效果进行了分析,从仿真结果看到了具有较好控制效果,可以用于实际环境的应用。(4)四足机器人的足端轨迹规划以及实物实验:将控制算法应用实物实验并对四足机器人进行了足端轨迹规划,跟踪四足机器人的足端轨迹,取得了较好的效果。
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