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四足机器人的步态生成及控制研究

更新时间：2020-04-15 05:02:44 大小：5M 上传用户：守着阳光1985 查看TA发布的资源 标签：机器人 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

机器人技术是当今科技界最受关注的领域之一，也是目前正在酝酿当中的工业4.0概念的关键切入点。在机器人领域中，四足机器人由于其负载能力强、环境适应性好、稳定性高等优点，日渐成为足式移动机器人研究的焦点。但是，目前研制出的四足机器人其腿部自由度一般有3个，造成步态生成及其控制算法复杂、关节角度解耦困难、正逆运动学分析算法代码效率低等难题，导致四足机器人研究的理论门槛较高，阻碍了四足机器人在实际应用中的推广和产品化进程。针对这一问题，本文基于切比雪夫连杆机构制作了一款单自由度腿部机构的四足机器人，并开展了如下工作：

首先，简单介绍了国内外四足机器人的研究现状和发展趋势，列举了当前世界上最先进的和最具代表性的四足机器人，并对比分析了它们在结构、控制、算法等方面的优缺点；着重对四足机器人的步态生成及控制策略概况进行了综述，分别对步态生成、稳定性研究、控制算法三方面进行了详细的对比和论述，并寻找出一个理想的单自由度连杆机构——切比雪夫机构作为本课题机器人的腿部结构。

其次，建立四足机器人的整体数学模型，运用正、逆运动学分析求得四足机器人各关节角度变量与位姿之间的关系，为控制机器人实现期望动作奠定理论基础；运用D-H法对四足机器人进行了微分运动学、动力学分析，得到了雅可比矩阵，为分析步态稳定性提供了计算公式，并由此得到各种步态下稳定裕度的计算方法。

然后，通过 Adams仿真实验，初步验证了理论分析的正确性，得到了机器人质心在笛卡尔坐标系下各方向轴的位移、速度、加速度、力矩等曲线图，为寻找结论缺陷、分析不足原因、优化结构设计提供了有力帮助。

最后，基于本文结论和仿真结果，设计了以ATMEGA2561单片机为核心的四足机器人控制系统，通过控制四足机器人双侧腿部驱动电机的速度差，实现了机器人转弯的步态，又分别以Walk步态、Tort步态对实验样机进行了平坦路面的实验，验证了机械结构的合理性和稳定判据的正确性。