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文檔簡介
1、上世紀(jì)60年代開始,雙足機器人開始被各國學(xué)者重視并取得了突飛猛進的發(fā)展。由于主動機器人各個關(guān)節(jié)都要進行驅(qū)動,因此驅(qū)動器的選擇至關(guān)重要,以往的主動機器人大多以電機進行驅(qū)動,雖然位置控制精確,但是步行卻與人類步態(tài)相差甚遠;而氣動肌肉具有柔順、功率/質(zhì)量比大和力/長度特性與人類肌肉相似等特點,因此本課題采用其作為驅(qū)動器。為深入研究氣動雙足機器人的特性,提高其步行穩(wěn)定性,本文參照人體下肢骨骼-肌肉模型設(shè)計了本課題的氣動雙足機器人,基于零力矩點法
2、對該機器人進行步行軌跡規(guī)劃,采用PID與模糊控制相結(jié)合的方法進行機器人的控制,最后研制機器人樣機對所設(shè)計的機器人結(jié)構(gòu)的合理性與步行穩(wěn)定性進行驗證。
本文首先對人體下肢肌肉的驅(qū)動機理進行研究。根據(jù)現(xiàn)有的人體下肢九肌肉模型,并結(jié)合人體動力學(xué)仿真軟件 LifeMOD對人體步行的仿真結(jié)果得出各下肢肌肉的力曲線與各關(guān)節(jié)的角度曲線,并在對人體下肢骨骼-肌肉模型充分研究的基礎(chǔ)之上完成了本課題雙足機器人的設(shè)計。其次,對氣動肌肉的動態(tài)特性、靜態(tài)
3、特性和剛度特性進行研究。本文基于機器人尺寸參數(shù)進行氣動肌肉的選型,并從理論與實驗兩個方面對氣動肌肉的特性進行闡述。第三,對機器人的控制策略進行研究。根據(jù)ZMP法進行步態(tài)規(guī)劃,得出各關(guān)節(jié)期望角度與期望ZMP點,利用PID控制器進行關(guān)節(jié)角的控制,并利用模糊控制器對踝關(guān)節(jié)角度進行控制,通過此雙閉環(huán)控制系統(tǒng)對機器人的步行進行控制。最后,研制機器人樣機,利用本文提出的控制方法對其進行步行控制,并實時采集其ZMP點位置和各關(guān)節(jié)角度,2D步行實驗證明
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