基于柔性关节的四足机器人稳定性控制研究

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1、分类号：TP242.3密级：公开UDC：621编号：201421202007河北工业大学硕士学位论文基于柔性关节的四足机器人稳定性控制研究论文作者：丁国帅学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：张小俊职称：副教授资助基金项目：国家自然科学基金项目（61503119）河北省教育厅优秀青年基金项目（YQ2014027）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringResearchonStab

2、ilityControlofFlexibleJointQuadrupedRobotbyGuoshuaiDingSupervisor:Prof.XiaojunZhangFebruary2017ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNO.61503119)andOutstandingYouthFundofEducationDepartmentofHebeiProvince（GrantNo.YQ2014027）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，

3、是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编

4、入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要在四足机器人研究领域，已经越来越多的采用了具有柔性的零部件，这主要是因为柔性零部件具有诸如缓和冲击，提高能耗比等方面的重大优势。在诸多的柔性零部件当中，柔性关节的应用受到了领域内科研人员的广泛关注，但是具有柔性关节的四足机器人在稳定性方面却鲜有研究，针对这种情况，本文进行了具有柔性关节的四足机器人稳定性控制研究，通过研究，本文提出了柔性关节刚度调整策略和四足机器人运动过程中

5、的姿态补偿策略，使具有柔性关节的四足机器人具有良好的稳定性。本文首先建立了一种新型的平面五杆机构柔性单腿，并在此基础上建立了具有柔性关节的四足机器人虚拟样机模型。在建立了四足机器人的虚拟样机模型后，结合D-H法，对四足机器人的运动学进行分析，包括四足机器人正运动学和逆运动学两部分。接着，使用MATLAB软件求取四足机器人的足端工作空间，通过足端工作空间的计算，进一步确认了四足机器人设计的合理性，为四足机器人单腿足端轨迹规划奠定了理论基础。然后，本文对四足机器人的典型运动步态进行详述，并选取了对角运动步态作为本文研究的主要内容，结合四足机器

6、人对角运动步态的特点，设计了四足机器人对角运动步态的运动控制方法，实现了四足机器人对角运动步态下的稳定行走。由于本文研究具有柔性的四足机器人稳定性，本文对传统四足机器人和具有柔性的四足机器人在行走过程中稳定性变化的差异进行了对比，并通过仿真实验的形式直观的给出了二者的差异。最后，基于传统四足机器人与具有柔性关节的四足机器人在行走过程中稳定性变化的差异，本文提出了一种四足机器人柔性关节变刚度控制策略，实现了良好的四足机器人行走稳定性，同时，提出了一种四足机器人姿态补偿策略，提高四足机器人的行走稳定性。关键字：四足机器人；柔性关节；稳定运动控

7、制；变刚度调节；姿态补偿IABSTRACTIntheresearchfieldofquadrupedrobot,thosepartsandcomponentswithflexibilityareadoptedincreasingly.Thisismainlybecauseflexiblecomponentsandpartshavesignificantadvantagessuchascushion,improvingenergylossratioandothers.Amongseveralflexiblecomponentsandpart

8、s,applicationofflexiblejointhasreceivedbroadattentionfromscientificresearchpersonnelinthisfield.