被動(dòng)踝關(guān)節(jié)仿人機(jī)器人站立平衡控制研究.pdf

1、仿人機(jī)器人在實(shí)際環(huán)境中工作時(shí)，平衡穩(wěn)定性是最基本的功能之一。如果機(jī)器人在遇到外界擾動(dòng)無(wú)法恢復(fù)自身的平衡時(shí)，機(jī)器人將無(wú)法正常工作甚至摔倒。仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)平衡控制研究很多，如站立平衡控制問(wèn)題和跨步平衡控制問(wèn)題等。但是當(dāng)機(jī)器人在工作過(guò)程中某些部位的電機(jī)失效時(shí)，特別是在突發(fā)情況下，機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)抗擾動(dòng)平衡控制將是一個(gè)重要的安全問(wèn)題。
　　本文基于實(shí)驗(yàn)室仿人機(jī)器人平臺(tái)KONG系列，研究當(dāng)機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)發(fā)生故障而不能工作時(shí)，機(jī)器人如何通過(guò)

2、髖關(guān)節(jié)和手臂的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)抵抗外界擾動(dòng)恢復(fù)平衡。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　1.利用多連桿模型對(duì)仿人機(jī)器人進(jìn)行建模，由于多連桿模型考慮了機(jī)器人質(zhì)量分布于全身，可以更加精確的描述機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性。通過(guò)最小二乘法辨識(shí)了機(jī)器人一些未知的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以得到更加準(zhǔn)確地控制律，使系統(tǒng)具有更好的魯棒性。
　　2.利用拉格朗日力學(xué)方程建模，使用LQR和模糊控制方法實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人抗擾動(dòng)平衡恢復(fù)。本文對(duì)拉格朗日力學(xué)方程進(jìn)行變形，將力矩輸入變

3、量轉(zhuǎn)換成加速度輸入變量，這樣就可以建立能對(duì)位置機(jī)器人進(jìn)行控制的狀態(tài)方程。本文還分別使用了線(xiàn)性控制方法和非線(xiàn)性控制方法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了抗擾動(dòng)平衡恢復(fù)控制，并分別在兩連桿和三連桿實(shí)物機(jī)器人上面進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　3.設(shè)計(jì)了被動(dòng)踝關(guān)節(jié)變阻尼控制器。本文通過(guò)積分控制設(shè)計(jì)了變阻尼被動(dòng)踝關(guān)節(jié)控制器，該控制器不僅能模擬踝關(guān)節(jié)無(wú)法工作時(shí)的被動(dòng)帶阻尼特性，而且能夠通過(guò)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，模擬出不同的踝關(guān)節(jié)阻尼系數(shù)。通過(guò)在不同踝關(guān)節(jié)阻尼系數(shù)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們可以