并联腿式六足步行机器人自适应阻抗控制研究.pdf

摘要

摘要

随着技术的发展与进步，机器人在现代化社会的各个领域中的应用日益广泛。

并联腿式步行机器人作为当前机器人领域的一个研究热点，在面对复杂环境时有着

各种天然优势。为了增强并联腿式步行机器人对环境的适应能力，本文以并联腿式

六足步行机器人为研究对象，结合其结构特点，对其进行了柔顺控制相关的研究。

首先，对并联腿式六足步行机器人的结构进行了设计，对机器人腿部6-UPUR

并联机构进行了分析；对机器人进行了逆运动学位置分析；设计了一种步态，使用

Simulink/Simscape软件对机器人及仿真环境进行了建模。

其次，介绍了阻抗控制原理，详述了基于位置的阻抗控制方法，分析了目标阻

抗参数变化对控制性能的影响；针对并联腿式六足步行机器人的结构特点构建了基

于位置的阻抗控制系统，并进行了仿真验证。

再次，对基于位置的阻抗控制算法在面对复杂且未知的环境时的不足进行了分

析，得到了两个影响控制效果的最大因素，即无法提前获得实际的环境位置相对于

期望的环境位置的变化量，以及无法提前获得实际的环境刚度。针对环境位置未知

的问题，结合本文并联腿式六足步行机器人的结构特点，设计了一种姿态控制器，

用来减小环境位置变化对机器人姿态造成的影响；针对环境刚度未知的问题，在基

于位置的阻抗控制的基础上提出了一种基于变刚度的自适应阻抗控制算法。并通过

仿真，验证了由姿态控制器和自适应阻抗控制器构成的柔顺控制系统在面对不同环

境位置和不同环境刚度时的有效性及自适应性。

最后，以STM32微处理器作为核心，在机器人上加装了多种传感器，搭建本文

所设计的自适应柔顺系统。设计了机器人面对不同障碍物的试验，试验结果表明，

本文设计的自适应柔顺控制算法在面对高度和刚度不同的障碍物时具有柔顺性和自

适应性。

关键词：步行机器人6-UPUR并联机构柔顺控制姿态控制自适应阻抗控制

I

Abstract

Abstract

Withthedevelopmentandprogressoftechnology,robotsareincreasinglybeingused

invariousfieldsofmodernsociety.Asaresearchhotspotinthefieldofrobotics,parallel

leggedwalkingrobotshavenaturaladvantagesindealingwithcomplexenvironments.In

ordertoenhancetheadaptabilityofparallelleggedwalkingrobotstotheenvironment,this

paperfocusesontheresearchofcompliantcontrolrelatedtoparallelleggedhexapod

walkingrobots.

Firstly,thestructureoftheparallelleggedhexapodwalkingrobotwasdesignedand

the6-UPURparallelmechanismoftherobotlegwasanalyzed.Theinversekinematics

positionanalysisoftherobotwascarriedout,andagaitwasdesigned.Therobotand

simulationenvironmentweremodeledusingSimulink/Simscapesoftware.

Secondly,theprincipleof