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《兩足步行椅機(jī)器人步行穩(wěn)定性及關(guān)節(jié)伺服控制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、兩足步行椅機(jī)器人步行穩(wěn)定性及關(guān)節(jié)伺服控制研究摘要兩足步行椅機(jī)器人是一種可以載人或載物的兩足機(jī)器人，它研究的主要目的是為下肢殘疾人提供一種新的代步工具和用于復(fù)雜環(huán)境下的貨物運輸。同時，它也可以作為復(fù)雜系統(tǒng)控制、人機(jī)交互和大型嵌入式控制軟件開發(fā)的研究平臺。根據(jù)兩足步行椅機(jī)器人的研究目標(biāo)，本文主要在以下幾個方面進(jìn)行了深入研究。1)基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的兩足步行椅機(jī)器人開發(fā)方法。建立了兩足步行椅機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)模型，實現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。利用該模型在兩足步行椅機(jī)器人機(jī)械設(shè)計、步態(tài)設(shè)計、步態(tài)控制等方面進(jìn)行了研究。虛擬樣機(jī)技術(shù)為兩足步行椅
2、機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計提供可靠的依據(jù)。2)推導(dǎo)出一種求兩足步行椅機(jī)器人運動學(xué)逆解的解析方法。該方法把基坐標(biāo)系建立在機(jī)器人的身體上，推導(dǎo)出兩足機(jī)器人雙腳相對于基坐標(biāo)系的解析形式的運動學(xué)逆解。給出了基于該逆解的步態(tài)設(shè)計方法，并把步態(tài)變換算法從2維擴(kuò)展到3維。3)研究了兩足步行椅機(jī)器人質(zhì)量分布對步行穩(wěn)定性和步行效率的影響。對兩足機(jī)器人質(zhì)量分布的研究目前較少，大多數(shù)屬于定性的描述。本文通過研究固定步態(tài)條件下，質(zhì)量分布對ZMP穩(wěn)定閡度和步行效率的影響，發(fā)現(xiàn)了一些新的結(jié)果(跟據(jù)作者目前掌握的文獻(xiàn)來看)。即：大腿質(zhì)量分布向髖關(guān)節(jié)偏移時，ZMP穩(wěn)定裕度增
3、加；步行效率先增加然后減小。小腿質(zhì)量分布向踝關(guān)節(jié)偏移時，ZMP穩(wěn)定裕度增加；步行效率降低。上身質(zhì)量分布向上移動時，穩(wěn)定裕度先增加然后減小，步行效率先增加然后減小，但二者到達(dá)峰值時的質(zhì)量偏移相距較遠(yuǎn)。同時，因為上身質(zhì)量占總重比例較大，上身質(zhì)量分布對穩(wěn)定裕度和步行效率的影響比大腿和小腿的影響大。上身質(zhì)量增加時，ZMP穩(wěn)定裕度增加。大腿質(zhì)量增加時，ZMP穩(wěn)定裕度減小。小腿質(zhì)量增加時，ZMP穩(wěn)定裕度減小。這就是說，增加兩足機(jī)器人上身重量占全身重量的比例可以提高步行穩(wěn)定性。同時我們注意到連桿質(zhì)量對ZMP穩(wěn)定裕度的影響沒有連桿質(zhì)量偏移的影響大。該研究結(jié)果已經(jīng)
4、應(yīng)用于兩足步行椅機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計中。I)推導(dǎo)出兩足機(jī)器人受外力和力矩情況下的ZMP公式。并把外力和力矩的干擾對兩足機(jī)器人ZMP點的影響隔離出來。對于兩足步行椅機(jī)器人，該第i頁公式可用于研究乘客身體晃動對步行穩(wěn)定性的影響。具體公式如下NUMl+Ty—rlfz+rz{x‰2——面礦廣YZMV2——面面：F—一式中：器～不考慮乘客干擾時自勺ZMP點x座標(biāo)罱～不考慮乘客干擾時的ZMP點y座標(biāo)識，r，‘)^一乘客干擾合力作用點位置向量{六，^，正卜一乘客干擾合力扛，，r。r，卜一乘客干擾合力矩4)對兩足步行椅機(jī)器人穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究。分析了乘客身體晃動對
5、步行穩(wěn)定性的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)乘客某種頻率和幅度的身體晃動可以使原來不穩(wěn)定的步態(tài)恢復(fù)穩(wěn)定，這一結(jié)論說明可以利用乘客的身體晃動來提高步態(tài)的穩(wěn)定閡度。從外界干擾強(qiáng)度大小的角度對步態(tài)穩(wěn)定性問題進(jìn)行分析，給出了處理較小和中等規(guī)模干擾的解決方案，即基于動力學(xué)模型的穩(wěn)定性控制方法和基于步態(tài)局部調(diào)整的穩(wěn)定性控制方法。5)利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了兩足步行椅機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服控制的初步研究。采用PD控制器得到了較好的步態(tài)控制效果。為了提高腳觸地過程的穩(wěn)定性設(shè)計了一種踝關(guān)節(jié)柔順控制器。利用遺傳算法進(jìn)行PD參數(shù)整定，取得了很好的效果。關(guān)鍵詞：兩足步行椅機(jī)器人，ZMP穩(wěn)定閩
6、度，質(zhì)量分布，關(guān)節(jié)伺服控制第ii頁WAI，ⅪNGS11ABILITYANALYSISANDJOINTSERV0CONTROLOFABIPEDWALKINGCHAIRROBOTABSTRACTThebipedwalkingchairrobot(WCR)isakindofrobotthatcanloadpeopleorgoods．ThroughWCRstudy,wecanprovidethoselowerlimbdisablepeopleanewtransportation．WCRcanalsobeusedcargotransportationinc
7、omplexenvironment．WCRisaplatformforthestudyofcomplexsystemcontrol，human-machineinterfaceandembeddedsoftwaredevelopmentetc．BasedontheWCRstudyobjectsabove，questionsandresultsstudiedinthispaperarelistedbelow：1)DevelopWCRbasedonVP(VirtualPrototype)technology．Themechanismand西ntrol
8、systemmodeloftheWCRisconstructed．TheCO—simulationofmechanismandcontr
