仿袋鼠机器人运动稳定性控制研究

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1、中文图书分类号：TP242.6密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：仿袋鼠机器人运动稳定性控制研究论文作者：刘旭学科：控制科学与工程指导教师：左国玉副教授论文提交日期：2017年5月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP242.6学号：S201402110密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：仿袋鼠机器人运动稳定性控制研究：RESEARCHONMOTIONSTABILITY英文题目CONTROLOFABIONICKANGAROOR

2、OBOT论文作者：刘旭领域：控制科学与工程研究方向：机器人技术申请学位：工学硕士指导教师：左国玉副教授所在单位：信息学部答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：刘旭日期：2017年5月24日关于

3、论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：刘旭日期：2017年5月24日导师签名：左国玉日期：2017年5月24日摘要摘要仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力，但是由于机器人运动过程中可控时间较短，腾空阶段运动的不确定性，运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要。本文以课题组的仿袋鼠机器人为研究对象，在分析机器人机械结构和运

4、动过程的基础上对袋鼠机器人运动稳定性进行了研究。主要内容如下：1.仿袋鼠机器人起跳阶段稳定性控制研究在起跳准备阶段针对仿袋鼠跳跃机器人起跳位置控制问题，提出了一种基于三连杆动力学模型的机器人姿态的调整方法。通过对袋鼠机器人物理系统的机构设计进行分析，建立了一种仿袋鼠机器人三连杆动力学模型。通过重心投影法判断机器人在预定起跳位置保持平衡的稳定条件，将机器人动力学模型转换为仿射非线性形式，采用等效控制法设计了滑模控制器并给出了稳定性证明。实验结果表明，袋鼠机器人在初始位置启动后，通过摆动尾巴，机器人可以快速达到命令所要求的位置且位

5、置调整过程中不发生倾倒。2.基于双质量SLIP模型的仿袋鼠机器人跳跃运动研究在袋鼠机器人跳跃运动阶段，针对其运动稳定性控制问题，对袋鼠机器人的结构进行简化。建立了双质量SLIP系统的动力学模型而且对机器人的运动过程进行分析，分析了SLIP模型的着地相和腾空相的切换条件，推导出机器人的运动有效的条件。采用解耦控制的思想，将SLIP模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面，提出相应的控制算法。使用ADAMS建立了机器人的仿真模型并进行了实验验证，实验结果表明了本章提出的方法可以实现机器人稳定周期的跳跃。3.袋鼠机器人

6、控制系统及实验验证设计了袋鼠机器人运动控制系统，通过电位器、磁编码器、陀螺仪加速度计等传感器原件构建了机器人多传感器检测系统，实时检测袋鼠机器人的各个关节的姿态信息。采用STM32单片机作为控制系统的主控单元，设计主控制板实现机器人蓄能、释能和平衡机构的驱动控制以及与上位机系统的通信功能。关键词：运动稳定性理论；起跳位置控制；滑模控制；双质量SLIP模型；运动控制系统；IAbstractAbstractBionichoppingrobothasastrongabilitytoovercomeobstaclesandada

7、pttheenvironment.However,duetotheshortercontroltimeintherobotmotionandtheuncertaintyofthemovementinthevacatedstage,thestabilityofmotionisveryimportantforbionichoppingrobot.Basedontheanalysisoftherobot'smechanicalstructureandmotionprocess,themotionstabilityofkangaroo

8、robotisstudiedinthispaperandthemaincontentsareasfollows:1.Take-offpositioncontrolbasedonslidingmodecontrolInordertosolvethetake-offpositio