液压驱动双足机器人动步态行走研究

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1、硕士学位论文液压驱动双足机器人动步态行走研究RESEARCHONDYNAMICWALKINGOFTHEHYDRAULICACTUATEDBIPEDROBOT吴坤坤哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文液压驱动双足机器人动步态行走研究硕士研究生：吴坤坤导师：付宜利教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621.

2、38DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDYNAMICWALKINGOFTHEHYDRAULICACTUATEDBIPEDROBOTCandidate：WuKunkunSupervisor：Prof.FuYiliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateof

3、Defense：June,2016DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要双足机器人灵活性较好且具备越障能力；液压驱动具有大功率质量比、高动态性等优点。这两者的结合，能够使双足机器人具备更强的动态性能和适应能力，并且具备高负载的特性。双足机器人关节自由度多，结构形式复杂，是一个多变量、强耦合的系统，如何实现与人类相媲美的高动态的稳定行走一直以来都是双足机器人领域最具挑战性和吸引力的问题之一。随着新一代Atlas机器人的问世，液压

4、驱动双足机器人将会在世界范围引起更多的关注。本文以液压驱动双足机器人为研究对象，搭建液压驱动双足机器人实验平台，研究具备负重能力的双足机器人动步态稳定行走算法。从仿生学的角度对人体下肢结构和运动机理进行研究，确定双足机器人的整体方案设计，包括自由度配置、尺寸参数、液压驱动系统。对机器人整体结构设计进行分析，膝关节和髋关节结构采用四连杆形式，踝关节采用并联形式，液压驱动器采用缸阀分离的形式，从而保证机器人整体的紧凑型和轻量化。完成正逆运动学分析，推导并拟合出关节角度和液压缸伸长量的关系，用于实现关节角度的控制。从低维的模型空间进行分

5、析，基于线性倒立摆模型（LIPM）和弹簧负载倒立摆模型（SLIP）分别研究基于模型的质心规划方法，提出基于LIPM模型的离线规划方法和预观控制在线规划方法；并分析抬腿加速度产生的惯性力和落地过程的冲击力对机器人稳定性的影响，将贝塞尔曲线进行优化，用于规划摆动腿末端的轨迹。运用机器人逆运动学，将模型空间的质心轨迹映射到机器人空间的关节轨迹。基于样机结构和理论分析，在Matlab中完成运动学仿真，验证机器人行走中前向平面和侧向平面运动的相位的配合以及算法的合理性。搭建完成实际的物理样机，进行单缸位置伺服实验，研究油压、伺服阀增益、频率

6、对跟随精度的影响；结合以上的理论和仿真结果，分别进行原地踏步、动步态行走、不平地面行走、负重行走实验。通过数据分析，验证动步态行走和稳定控制算法的有效性，以及机械设计的合理性。关键词：双足机器人；液压驱动；动步态行走；线性倒立摆-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBipedrobothasstrongabilitytosurmountobstaclesandperformsgreatmovementflexibility.Duetohighpower-tomass-ratioandthefastdynamicabi

7、lityofhydraulicactuator,thecombinationoftherobotandthehydraulicactuatorhasastrongerdynamicperformance.Withmulti-degreeoffreedomjointsandcomplexstructure,Bipedrobotisamulti-variable,strongcouplingsystem.Howtoachievehighdynamicstabilitycomparabletohumanwalkinghasalwaysb

8、eenoneofthemostchallengingandattractiveproblem.WiththeadventofanewgenerationofrobotsAtlas,thehydraulicallydrivenbipedrobotwi