四足机器人步态设计与运动控制研究

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1、中图分类号：TP242/TP273论文编号：102870318-SX138学科分类号：081101硕士学位论文四足机器人步态设计与运动控制研究研究生姓名杜威学科、专业控制理论与控制工程研究方向机器人指导教师杨忠教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月课题资助基金：国家自然科学基金项目，批准号：61473144航空科学基金（重点实验室类），编号：20162852031国家重点研发计划，编号：2016YFF0103702，所属专项：重大科学仪器设备开发NanjingUniversityofAeron

2、auticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringAResearchonGaitDesignandMotionControlofQuadrupedRobotAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyDuWeiAdvisedbyProf.YangZhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMastero

3、fEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要四足机器

4、人是机器人的一个重要分支，具有环境适应能力强、负载性能高、稳定性好的优点，能够运用于抗灾抢险、侦察探险、运输、家庭服务等领域，有良好的应用价值。四足机器人技术涉及力学、机械学、生物学、计算机、人工智能等多学科交叉，研究内容非常丰富，其中步态设计和运动控制的研究是四足机器人拥有实际应用价值的关键。本文基于仿生学设计四足机器人匍匐步态和斜面步态，针对各自的运动情况设计姿态稳定控制器，使用Matlab以及Adams完成步态设计与运动控制的仿真实验，并设计实物样机。具体研究内容有以下几个方面：1）利用D-H方法分析

5、四足机器人的运动学正/逆问题，掌握四足机器人足端相对于机身的位姿与关节转动变量的关系。采用拉格朗日法推导四足机器人单腿连杆系统的动力学方程，得到杆件的受力与转动角度、角速度以及角加速度之间的关系。2）采用基于模型的方法通过足端轨迹规划与步态周期选择设计四足机器人运动步态，并搭建Matlab/Adams联合仿真平台，为四足机器人的运动控制设计提供仿真环境。3）针对特定的运动环境设计重心低稳定性好的匍匐步态以及适用于斜面行走的斜面步态。根据ZMP稳定判据设计四足机器人姿态稳定控制策略，并针对两种步态分别设计PI

6、D控制器与模糊控制器以完成四足机器人的姿态稳定控制。4）设计四足机器人的机械结构与电路控制系统，并在硬件平台的基础上设计嵌入式软件，完成四足机器人实物样机的制作，对匍匐步态与斜面步态进行实物实验。关键词：四足机器人，步态设计，运动控制，联合仿真I四足机器人步态设计与运动控制研究ABSTRACTQuadrupedrobotisanimportantbranchofrobot,whichhastheadvantagesofstrongadaptabilitytoenvironment,highloadperfo

7、rmanceandgoodstability.Itcanbeappliedtodisasterrescue,reconnaissance,adventure,transportation,familyservicesandotherfields,andhasgoodapplicationvalue.Quadrupedrobottechnologyinvolvesmanydisciplinessuchasmechanics,biology,computer,AIandsoon.Theresearchconte

8、ntisveryrichandtheresearchofgaitdesignandmotioncontrolisthekeyofquadrupedrobottohavepracticalapplicationvalue.Basedonbionics,thispaperdesignsthecrawlgaitandtheinclinedgaitofquadrupedrobotanddesignstheattitude