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基于SIMMECHANICS的四足步行机器人建模与控制系统设计

作　者: 席伟俤
导　师: 楼云江；秦志强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 四足步行机器人运动学稳定性步态规划 SimMechanics建模 Propeller处理器
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

步行机器人研究的出发点是模仿动物的步态。由于步行机器人数学描述的复杂性,使得对机器人运动学、动力学分析显得较为困难,因而大部分四足步行机器人采用基于模型的控制方法。该方法需要对机器人自身及周围环境建模。步行机器人的性能在很大程度上取决于步行机器人的机械结构,在复杂模型下控制器计算的实时性难以保证,控制难度较大,从而限制了机器人的性能。所以在对步行机器人运动结构设计时,必须考虑运动的灵活性、负载、能耗及稳定性等问题。本文结合四足步行机器人的研究课题,对步行机器人开链机构和闭链机构进行对比,并对机器人进行运动学分析。针对四足步行机器人的稳定性问题,通过分析对比各种步态,选择了静态稳定步态方式。参照步行机器人的实际机械结构,结合四足机器人的机体结构、腿部结构及机体的运动性能,建立了四足步行机器人腿部和机体的SimMechanics电脑模型。通过对SimMechanics模型的建立及仿真结果的分析,验证了模型的合理性,为进一步分析机器人系统的性能提供了理论依据。最后在模型分析的基础上,本文选择Propeller多处理器芯片作为整个控制系统的控制器,实现了四足步行机器人的静态稳定步态。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 四足步行机器人研究状况  9-15
  1.2 四足步行机器人存在的问题  15
  1.3 本文主要工作和论文安排  15-17
  1.4 本章小结  17-18
第2章四足步行机器人机构对比分析  18-23
  2.1 四足步行机器人机构分析  18
  2.2 腿部机构对比  18-22
  2.3 平面连杆机构特点总结  22
  2.4 本章小结  22-23
第3章步行机器人运动学分析  23-31
  3.1 四足步行机器人坐标系分析  24-25
  3.2 四足步行机器人运动学分析  25-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章四足机器人稳定性分析与步态规划  31-42
  4.1 步行机器人单腿模型分析  31-32
  4.2 四足步行机器人稳定步态参数及稳定性分析  32-37
  4.3 步态分析  37-40
  4.4 本章小结  40-42
第5章四足机器人的SIMMECHANICS模型建立  42-59
  5.1 引言  42
  5.2 四足步行机器人运动分析  42-45
  5.3 SIMMECHANICS的四足步行机器人建模  45-53
  5.4 模拟验证与结果分析  53-58
  5.5 本章小结  58-59
第6章四足步行机器人硬件系统设计  59-70
  6.1 设计要求  59
  6.2 机器人伺服电机及其对象介绍  59-60
  6.3 机器人控制系统的设计  60-69
  6.4 本章小结  69-70
第7章四足步行机器人软件系统设计  70-78
  7.1 编程语言的介绍  70-72
  7.2 具体实现  72-73
  7.3 实际程序流程图及实物图  73-76
  7.4 本章小结  76-78
结论  78-80
参考文献  80-84
攻读学位期间发表的学术论文  84-86
致谢  86-87
个人简历  87

基于SIMMECHANICS的四足步行机器人建模与控制系统设计

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