四足仿生机器人力分配策略

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四足机器人运动控制是影响机器人运动性能和环境适应性的核心因素。在考虑运动柔顺性的情况下,快速合理的足端接触力分配策略对机器人运动控制具有重要意义。本文在四足机器人分层控制框架下,对力和力矩平衡方程增加内力约束,设计了针对不同步态的力分配策略,并结合事件触发步态策略和重心控制策略,实现了对机器人踏步步态和walk步态的运动控制。  首先,应用D-H坐标转换法建立整体运动学模型,得到躯干质心位置与足端位置的变换关系;应用递推牛顿-欧拉算法建立单腿关节空间动力学模型,并通过合理简化,得到操作空间动力学模型。  其次,提出机器人分层控制框图,基于动力学模型设计单腿力/位混合控制算法,基于力和力矩平衡方程设计本体位姿控制算法。在分层控制框架下论述了力分配问题产生的原因,并给出详细的数学描述。结合四足机器人不同步态的时序特点,根据力分配问题优化空间与运动自由度,详细给出每种步态的力分配策略。  最后,以踏步步态和walk步态为例,仿真验证了力分配策略的有效性。仿真结果表明,应用这种力分配策略,机器人踏步运动时本体姿态控制偏差小于0.015度,walk运动时姿态控制误差小于1度,本体位置控制误差小于1mm,能够实现机器人稳定运动。
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