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双足机器人的动力学建模与控制

作　者: 丁称林
导　师: 吴玉良
学　校: 大连理工大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 双足机器人力学模型动态步行行走策略控制模型仿真计算
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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引　用: 15次
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内容摘要

本文为一个名叫Besiding的双足机器人建立了完整的力学模型和控制模型，使机器人能在平面上实现稳定的动态行走。并且对模型的可靠性和实用性进行了仿真计算，结果证实了文中模型的合理性和可行性。这个名为Besiding的机器人有10个自由度，从机械学的角度看，其结构能实现基本的步行动作。为了使建立的模型利于计算机控制和编程计算，文章采用了一种递推的Newton-Euler方法来建立机器人的力学模型，这种方法的特点是利用递推计算的办法来形成力学方程中动力矩阵和关联矩阵的元素，这就使得非常复杂的动力学方程在编程计算的时候显得非常简洁、有效，在这个基础上，文章对步行策略进行了设计，并得到了实现稳定的动态行走所必须满足的力学条件。在Besiding机器人的控制问题上，文章采用的是跟踪式的PID控制法，具体措施是首先把机器人的行走过程按一个很小的时间区间分成许多时间域，其次把机器人的力学方程在每个时间领域里线性化，然后在这个时间域内对机器人进行PID控制。其实这种控制方法允许对机器人控制系统的特性参数进行设计，这就更容易使控制系统达到我们的要求；另外，Besiding还添加一个控制环节，使其具有一定的鲁棒性，来抵消由于实际机器人的某些力学参数很难精确测量所带来的对稳定性的负面影响。文章的最后对力学模型和控制用Matlab进行了仿真计算，列出一些重要的计算结果，对稳定性、跟踪误差、响应性能等重要的控制指标进行了分析。其结果显示，文章所采用的建模方法、行走策略和控制措施是合理的、有效的、实用的。

全文目录

第一章绪论  7-13
  §1．1 机器人的发展历史  7-9
  §1．2 双足机器人研究背景  9
  §1．3 国内外的研究概况及发展趋势  9-12
  §1．4 本文的主要工作  12-13
第二章双足机器人力学建模方法  13-33
  §2．1 概述  13
  §2．2 递推的牛顿—欧拉建模原理  13-20
  §2．3 Besiding机器人动力学建模  20-25
  §2．4 动态步行的力学描述  25-33
第三章 BESIDING的行走策略  33-46
  §3．1 行走策略的设计方法简介  33-34
  §3．2 Besiding机器人结构参数  34-35
  §3．3 单脚支撑时期  35-40
  §3．4 双脚支撑时期  40-44
  §3．5 连续步行的实现  44-46
第四章控制策略设计与分析  46-56
  §4．1 双足机器人的控制要求：  46
  §4．2 控制方案设计  46-52
  §4．3 双脚支撑时期的控制方案  52
  §4．4 不一致性问题的处理  52-53
  §4．5 控制系统的实现  53-55
  §4．6 有关参数设计  55-56
第五章仿真计算与结果评价  56-59
  §5．1 仿真前的准备工作  56-57
  §5．2 仿真结果  57-58
  §5．3 仿真结果分析与评价  58-59
第六章总结与展望  59-62
  §6．1 本文工作总结  59-60
  §6．2 进一步的研究工作  60-62
参考文献  62-65
后记  65

双足机器人的动力学建模与控制

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