雙足有膝關(guān)節(jié)被動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性及控制策略研究.pdf

1、被動(dòng)動(dòng)力行走是機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向,重點(diǎn)是對(duì)步行機(jī)理、步態(tài)特性的分析,同時(shí)結(jié)合其行走步態(tài)高效、穩(wěn)定、自然、柔順的優(yōu)勢(shì),在對(duì)機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)掘的基礎(chǔ)上,為機(jī)器人樣機(jī)的建造和推進(jìn)實(shí)用化提供新的思路。本文將建立雙足有膝關(guān)節(jié)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型,并圍繞軌道穩(wěn)定性和全局穩(wěn)定性分析被動(dòng)機(jī)器人的步態(tài)特性,進(jìn)一步了解被動(dòng)行走本質(zhì)。同時(shí)為提高機(jī)器人適應(yīng)能力,提出基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的被動(dòng)行走自適應(yīng)控制策略,并通過(guò)仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制策略的有

2、效性。
　　首先,在對(duì)被動(dòng)機(jī)器人模型演化過(guò)程和直腿點(diǎn)足模型運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上,建立一種帶膝關(guān)節(jié)點(diǎn)足簡(jiǎn)化模型。結(jié)合人類(lèi)行走特點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行步態(tài)劃分,通過(guò)理想化假設(shè),采用 Lagrange方程和角動(dòng)量守恒推導(dǎo)擺動(dòng)階段和碰撞階段的動(dòng)力學(xué)方程,并給出數(shù)值仿真流程。
　　在此基礎(chǔ)上,建立混合系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,基于龐加萊映射原理,采用牛頓-拉普森迭代法求解不動(dòng)點(diǎn),分析步態(tài)誤差同F(xiàn)loquet乘數(shù)關(guān)系;以求得不動(dòng)點(diǎn)為初值,深入分析穩(wěn)定被動(dòng)動(dòng)力

3、行走步態(tài)特性。利用胞映射法,求解膝關(guān)節(jié)模型行走步態(tài)收斂域范圍,并改變胞元密度以觀察步態(tài)收斂域變化。
　　針對(duì)純被動(dòng)模型步態(tài)收斂域范圍小、穩(wěn)定性差的缺陷,在保證純被動(dòng)行走優(yōu)勢(shì)的前提下,在髖關(guān)節(jié)添加PD控制使之成為準(zhǔn)被動(dòng)形式,并分析控制器參數(shù)變化對(duì)行走步態(tài)產(chǎn)生的影響。為模擬控制器效果,在Adams環(huán)境下建立模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
　　然后,在以PD控制作為底層控制的基礎(chǔ)上,建立基于CMAC網(wǎng)絡(luò)的Sarsa(λ