小型仿人機器人行走碰撞動力學建模及補償控制策略研究.pdf

1、仿人機器人是當前國內外機器人領域的研究熱點，實現仿人穩(wěn)定行走是仿人機器人研究中的關鍵環(huán)節(jié)。針對仿人機器人行走過程中，擺動腳落地碰撞影響機器人穩(wěn)定行走的關鍵難題，本論文以BJHR-Ⅰ樣機為基礎，開展了碰撞動力學建模、落地碰撞補償控制策略研究。具體研究工作如下：
　　(1)簡化樣機結構，減輕樣機重量，改進下肢結構，改進了小型仿人機器人樣機本體，實現了基本步行功能；在下肢髖、膝、踝三個前擺關節(jié)處安裝關節(jié)位置傳感器，實現對關節(jié)角度的檢測：

2、在腳底板處安裝應變式壓力傳感器，測量腳底地面反力。
　　(2)抽象簡化樣機下肢為七桿模型機構；基于第二類拉格朗日方程，建立了仿人機器人碰撞動力學隱式方程和顯式方程。運用Matlab軟件，將機器人樣機步態(tài)參數代入顯式方程，計算得到行走過程中的速度、動能、行走碰撞力的理論值，并與Adams仿真軟件進行參數對比，證明了所建立碰撞動力學模型正確。
　　(3)研究了落地碰撞補償控制策略，提出并設計了基于BP神經網絡的粒子群算法的關節(jié)補

3、償控制器。以碰撞力誤差和擺動腳距地面高度誤差作為控制器輸入，通過粒子群算法優(yōu)化BP網絡的權閾值，并按照所設計的關節(jié)角度補償控制規(guī)則，優(yōu)化計算得到補償后的關節(jié)角度值，實現對下肢三個前擺關節(jié)角度的碰撞補償控制。
　　(4)樣機實驗結果證明：樣機本體改進有效；所設計仿人機器人行走碰撞補償控制策略可有效減小擺動腿落地時所產生的沖擊力，關節(jié)碰撞補償控制器在一定程度上減弱了由于落地沖擊所帶來的樣機關節(jié)角度的變化；達到了減小落地碰撞力的目的，樣