基于ASLIP模型的脊柱型四足机器人跳跃运动控制方法研究

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1、硕士学位论文基于ASLIP模型的脊柱型四足机器人跳跃运动控制方法研究RESEARCHONTHECONTROLMETHODOFSPINALQUADRUPEDROBOTBOUNDINGBASEDONASLIPMODEL李贺琦哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于ASLIP模型的脊柱型四足机器人跳跃运动控制方法研究硕士研究生：李贺琦导师：查富生副教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifie

2、dIndex:TP242.6U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHECONTROLMETHODOFSPINALQUADRUPEDROBOTBOUNDINGBASEDONASLIPMODELCandidate：LiHeqiSupervisor：AssociateProf.ZhaFushengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：School

3、ofMechatronicsEngineeringDateofDefense：June,2018DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要四足机器人具有良好的运动灵活性和环境适应性，是机器人研究领域的热点。随着研究的深入和对机器人运动性能需求的提高，四足机器人研究领域分化出以高速运动为目标的研究分支。生物学研究显示，跳跃步态是四足动物典型的高速对称步态，且多种动物在高速速度中存在脊柱大幅地参与运动，而相应的脊柱型四足机器人的理论及运动控制研究却鲜见报道。当前研究大多

4、孤立了脊柱环节，鲜有整机的建模研究以及运动控制方法研究。在该方向的研究势必推动仿生工程和机器人运动控制等方面的发展，此外，以其高速运动的特点，在军事侦察、救震救灾和未来生活等领域也将具有广阔的应用前景。首先，本文以分析猎豹的运动特性入手，建立了脊柱型四足机器人七杆模型，以及构建了ASLIP动力学模型，使用拉格朗日方程推导了其跳跃运动的动力学方程；迭代运算动力学微分方程，使用庞加莱映射方法搜索了机器人七杆模型基于ASLIP跳跃运动的不动点，结果显示不动点在固定能量层级下呈区域性分布；不动点的对比结果显示基于ASLIP模型的运动比基于SLIP模型的运动能适应更高的稳态运

5、动速度，并作了触地力、脊柱角和稳定性等特性分析。为脊柱型四足机器人跳跃运动提供了动力学模型和理论基础。然后，根据机器人模型各关节主动力作用于控制量的广义力计算结果，研究了前向速度、弹跳高度、机身俯仰角、触地角、前/后脊柱角和腿长的控制方法，七杆模型的动力学仿真结果验证了该跳跃运动控制方法的有效性；对于仿真结果存在的耦合效应，作了进一步的控制力修正；面向脊柱型四足机器人的跳跃运动控制，建立了七杆模型与脊柱型四足机器人之间的力位映射关系；设计了脊柱型四足机器人跳跃运动的状态机，解决了机器人运动的顶层控制问题。为脊柱型四足机器人跳跃运动控制提供了一种主动力控制方法。最后，

6、搭建了脊柱型四足机器人联合仿真平台，运动起步、原地跳跃及加速运动实验验证了修正的跳跃运动控制方法的有效性及力位映射关系的正确性。基于ASLIP再加速及稳态运动实验验证了ASLIP模型用于机器人运动控制的有效性，对比SLIP结果显示基于ASLIP模型的运动能够达到更高的稳态运动速度，体现了ASLIP模型的速度优越性。关键词：脊柱型四足机器人；交替弹簧负载倒立摆模型；跳跃步态；高速运动；运动控制方法-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractQuadrupedrobothasimpressiveflexibilityoflocomotionandexcellen

7、tadaptabilitytoenvironment,whichhasmadeitahottopicinrobotresearch.Withthedeepeningofresearchandtheimprovementoftherobot'sperformancerequirements,theresearchfieldofquadrupedrobothasdividedintoresearchbranchwithhigh-speedlocomotionasthegoal.Biologicalstudiesshowthattheboundinggaitisaty