仿人機械人的跑步研究學習筆記1之機械人的基礎知識

2021-08-10 22:14:37 字數 1392 閱讀 3866

1.仿人跑步機械人穩定性

在起跳級階段,由於機械人乙隻腳著地,根據d』alembert原理推出,機械人的zmp必須位於支撐腳底和地面接觸面內,在飛行階段,機械人雙腳離地,為了不使機械人,在空中翻轉,必須是機械人在支撐腳離開地面時,身體各個部分的對機械人整體質心的動量矩之和為零或接近零。(詳細參考黃強的分析)

2.機械人落地衝擊地面問題

根據目前對碰撞問題的研究,假定碰撞作用時間很短,且碰撞力很大,此時的慣性力等都可以忽略不計;腳底與地面的碰撞時非彈性碰撞,由此得出在碰撞現象發生瞬間,機械人支撐腿各個關節的角速度會發生不連續的變化,但它們角位移變化連續,然後根據拉格朗日動力學方程,便可以推出衝擊作用前後機械人相關廣義速度變化公式。

機械人與地面碰撞的緩衝:a.在腳底加橡膠墊減震,b.或使用彈性腿部結構,c.利用電機的反向力矩控制

3.仿人跑步機械人控制

即各關節採用pid閉環控制,主控制向各關節控制器傳送對應的位置,實現解耦和分布式控制策略。其缺點是當環境變化時,他只能對參考軌跡進行少量的修改

3.2整合運動控制方法

即基於動力學濾波器的概念,在機械人滿足動力學約束的調價下,實時產生機械人的下乙個運動週期各個關節的軌跡,以便使機械人在平衡環境對它所施加的力和力矩。

3.3分解動量控制方法

即根據機械人在跑步時,其各部分對於整體質心的動量和動量矩滿足一定的條件而實施控制的。當機械人實現三維跑步動作時,對其質心的動量和動量矩共六個分量(即動量和動量矩分別沿x,y,z軸各有三個分量),首先推導動量!動量矩和身體每個關節的關係式,然後確定在跑步時所需要的參考動量和動量矩,就可以根據推導出的關係式得到機械人各個關節的軌跡,進而對機械人的跑步動作進行控制。

3.4基於反饋線性化技術(計算力矩)的控制方法

控制方法對機械人的拉格朗日動力學方程進行線性化,根據一定的跑步步態引數和各個關節軌跡,通過線性化的動力學方程可以顯式求解出各個關節需要的控制力矩。

由於機械人的動力學方程是高非線性!高禍合的模型,在採用線性化技術後,就可以採用線性pd控制策略來對機械人進行控制。這個方法的優點是利用了非線性動態模型得到漸進

穩定的閉環控制器。和第一種控制器比較,這些控制器既不是分布的也不是解耦的。

4.機械人運動學分析

d一h齊次矩陣變換法,通過引入d一h變換規則構造相鄰座標系間的齊次變換矩陣,然後從第乙個桿件依次遞推,即可得到機械人各個桿件的運動學量。對於逆運動學

分析,主要根據機械人質心軌跡、雙腳軌跡和雙臂軌跡等己知量,通過座標轉換矩陣和運動學約束,建立一組非線性方程組,然後採用牛頓一拉斐遜(newton一raphson)數值

迭代演算法,

求出機械人各關節運動學引數的數值解。這種方法的優

點是:在分析逆運動學時,可以方便地根據機械人質心實際位置求得各關節運動

學引數,並考慮到機械人實際質心不

固定於髖關

節處,提高跑步步態規劃精度。

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