基于氣動人工肌肉的雙足步行機器人設(shè)計及控制策略研究.pdf

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