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自然界中的腿足动物对崎岖山地、丛林、冰雪地面等复杂地形具有很强的适应能力,几乎可以到达陆地表面的任何地方。针对现有轮式、履带式移动机器人无法满足人类在复杂地形环境中物资运输、抢险救灾及地质勘探等应用需求的现状,近几十年来,世界各国的研究人员以腿足动物为仿生对象,研制出了各式各样的腿足式机器人。因四足机器人在稳定性、灵活性及负重能力等方面具有明显优势,受到更多研究者的青睐。现有腿足式机器人关节驱动方式主要有电机驱动、气压驱动和液压驱动,能源供应方式主要有高能量密度电池和内燃机。与电机驱动和气压驱动相比,液压驱动具有更高的功率密度,能够满足腿足式机器人野外运输所需的高负重及快速运动需求。另外,液压驱动系统采用内燃机提供能源,通过添加燃料快速进行补给,具有长时间的续航能力,比电能源机器人更适合从事野外作业。因此,近十年来,液压驱动四足机器人得到了快速发展。然而与现有移动机器人相比,四足机器人运动能耗较大,必须对其运动进行优化以降低机器人的运动能耗。此外,机器人在行走时,其动态负载和步行状态的变化极易使发动机的转速产生较大波动,必须设计强鲁棒性的发动机转速控制算法。针对以上问题,本文以SCalf-Ⅲ液压驱动四足机器人为研究对象,建立了机器人运动的能量模型,优化了机器人足端轨迹,提出了一种基于流量估计的发动机转速模糊前馈控制方法。论文的主要研究内容如下:1.对SCalf-Ⅲ四足机器人平台进行了深入分析,建立了其运动学、动力学模型,提出一种基于最小范数法的足底力分配策略,并推导出各关节扭矩的完整表达式,为机器人能量模型和最优能耗足端轨迹的建立、机载液压动力系统流量的匹配计算奠定了基础。2.基于对液压摩擦力特性的分析,建立了一种包括机械能耗和摩擦损耗在内的液压驱动四足机器人关节能量模型,并提出关节能耗评价系数JCOT(Joint Cost of Transport)对机器人关节能耗情况进行评估;基于四足动物最常用的对角小跑步态,通过数值仿真分析了机器人运动能耗对步长、步高、站高、步态周期及占空比等步态参数的敏感性,获得了四足机器人典型场景下的步态参数,为液压驱动四足机器人的运动能耗优化提供了理论基础。3.提出一种基于傅里叶级数表达的机器人足端轨迹参数化方程,并将参数选择问题转化为以运动能耗为目标函数,以关节运动范围为约束条件的优化问题,通过模式搜索法(Pattern Search Method)对足端轨迹方程参数进行优化,从而获得运动能耗优化足端轨迹方程。在软件仿真和物理样机实验中,将机器人采用能耗最优足端轨迹与三次样条插值足端轨迹时的运动进行对比,证明了优化轨迹在能耗及运动控制方面的有效性。4.基于本文提出的能耗最优足端轨迹,利用机器人运动学逆解得到腿部各关节期望运动规律,结合关节驱动油缸参数对液压系统流量消耗进行计算,确定发动机期望转速,实现了系统运动所需流量与液压泵输出流量之间的匹配供应。针对燃油发动机输出扭矩刚度低及转速调节滞后等问题,本文提出了一种基于流量估计的模糊前馈控制方法,完成了对发动机转速的控制,并通过物理样机多种工况下的步行实验证明了该控制方法的有效性和鲁棒性。