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基于速度逆运动学的六足步行机器人位姿闭环控制-农业机械学报.PDF

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2014年 5月 农 业 机 械 学 报 第 45卷 第 5期 doi:10.6041/j.issn.10001298.2014.05.041 基于速度逆运动学的六足步行机器人位姿闭环控制 陈 刚 金 波 陈 鹰 (浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,杭州 310027) 摘要:六足步行机器人位姿控制系统是强耦合冗余非线性系统,对单腿速度逆运动学进行研究,建立六足步行机器 人速度逆运动学模型,对六足步行机器人位置和姿态进行解耦控制。对机器人位置和姿态采用比例控制策略,建 立机器人位置控制闭环和姿态控制闭环实现六足步行机器人位姿闭环控制。基于六足步行机器人平台,由 MATLAB和 ADAMS建立六足步行机器人仿真模型,并对六足步行机器人位姿闭环控制进行联合仿真,仿真结果验 证了六足步行机器人位姿闭环控制方法的正确性。 关键词:六足步行机器人 速度逆运动学 位姿 闭环控制 中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:10001298(2014)05026506 本文基于六足步行机器人平台对机器人单腿速   引言 度逆运动学进行研究,在此基础上建立六足步行机 现有果实采摘机器人多采用轮式或履带式行走 器人速度逆运动学模型,实现六足步行机器人位置 [1] 方式 ,多足步行机器人具有优越的行走灵活性同 和姿态的解耦控制,通过机器人位置闭环和姿态闭 时可以有效减小对走过地面的破坏作用,因此在崎 环实现强耦合驱动冗余非线性六足步行机器人系统 岖复杂地形的农田环境中多足步行机器人具有更强 的位姿闭环控制,并由MATLAB和 ADAMS进行联 的优势。然而要使多足步行机器人成功行走于崎岖 合仿真,验证提出的六足步行机器人位姿闭环控制 复杂环境中,还需对多足步行机器人的运动进行详 方法的正确性。 细的规划和控制[2-5]。在崎岖复杂地形环境中,多 1 速度逆运动学 足步行机器人需要不断调整其机体重心位置和姿 态,以保证机器人稳定的同时具有有效的运动空间, 11 六足步行机器人结构 以使机器人能够成功通过崎岖地形,因此对多足步 图1是设计完成的六足步行机器人平台,由机 行机器人位置和姿态的精确控制尤为重要。 器人机体及6条腿组成,分别为前腿 1、2,中腿 3、4 [13] deSantos等在 RIMHO四足步行机器人行进过 和后腿5、6 ,其中机体长05952m,宽0395m。 程中采用间断性的姿态及位置修正的控制策略,以 6条腿的机械结构完全相同,均匀分列于机器人机 提高机器人对崎岖地形的适应性,此方法一定程度 体 的两侧,其中大腿长015m,小腿长01491m。 上提高了机器人对复杂地形的适应性,但是其控制 精度受限[6-8]。Lee和 Orin对 ASV六足步行机器 人在斜面上的运动进行了研究,其根据支撑面倾斜 程度调整机器人机体达到特定的高度和姿态,此方 法一定程度上提高了机器人的行走能力,然而由于 机体位置和姿态控制仍为开环,因此不能最大限度 [9] 提高机器人对地面的适应性 。Grand等将机体位 置和姿态闭环控制应用于轮腿式机器人 Hylos中, 然而其机体位置控制误差偏大,一定程度上限制了 图1 六足步行机器人平台 其应用[10-12]。 Fig.1 Sixleggedwalkingrobotp
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