欠驱动双足机器人时变步态规划和控制

【摘要】双足机器人因其十分广泛的应用,吸引到学者们的广泛关注,并且已经取得了丰富的成果。欠驱动机器人充分利用人类步行本身的特性,具有行走速度快、能效高和适应能力强的特点,是性能优异的一类机器人。本文即是针对五连杆四驱动的欠驱动机器人的时变步态规划和控制进行了研究,主要内容有：首先建立了五连杆四驱动双足机器人动力学混杂模型。根据拉格朗日原理推导出五连杆四驱动双足机器人的混杂模型,包含单腿支撑相的连续模型和双腿支撑相的离散模型。接着进行了双足机器人的时变步态规划。传统的步态规划比较多的是时不变步态规划,本文的步态规划则是时变的,在步行控制完成之前即可得到步行轨迹。通过设计步态形式和推导,将规划问题转化成参数优化问题,并通过改进的遗传算法得到多样化的参考步态。然后对时变步态控制的稳定性进行了分析,并设计了控制策略。双足机器人步行稳定性一般是利用庞加莱映射分析动力学模型的零动态来分析,对可控变量作一定的线性变化,提高了系统的稳定性。设计了神经网络直接逆控制的策略对机器人步行进行控制,以神经网络来模拟机器人对象的逆模型,并将神经网络与机器人对象串联起来,仿真实现机器人对参考轨迹的跟踪。最后介绍物理样机和小型机器人。介绍了物理样机的机械结构、硬件系统和软件系统。对小型机器人套装进行了介绍,并设计开发了针对小型机器人的实时控制软件。本文的主要创新点有：第一,对参考步态进行时变的设计,并通过优化的方法得到多样化的时变步态；第二,通过对可控变量的线性变换,极大的提高了系统的稳定性；第三,设计了神经网络直接逆控制的方法来解决步行控制的问题。
【作者】欧阳小伟；
【导师】潘刚；于玲；
【作者基本信息】浙江大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】欠驱动双足机器人；时变步态规划；步行控制；仿真；

【参考文献】
[1]阿依姑丽·托合提.基于CHANS的吐鲁番艾丁湖水面积的动态变化及其驱动力分析[D].新疆大学,地理学,2013,硕士.
[2]许丽丽.顾客资产与顾客忠诚的关系研究[D].兰州商学院,企业管理,2014,硕士.
[3]张琦雪,何其伟,徐峰,严伟,沈全荣.汽轮发电机3次谐波电压随负荷变动的理论分析[J].电力系统自动化,2008,21:61-64.
[4]苏美玲.基于生态足迹的塔里木盆地适度人口规模研究[D].塔里木大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[5]杨洋.城市突发事件应急物流定位—路径研究[D].哈尔滨工业大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[6]钱念纯.李滉和沈德潜的“温柔敦厚”诗歌思想比较研究[D].山东大学,亚非语言文学,2013,硕士.
[7]王宇.旋转弹用MEMS陀螺结构优化及性能测试[D].中北大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[8]杨俊.混合励磁直线电磁阻尼器控制系统的研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[9]熊明炯.重钢3号高炉大修槽下设施的改造[J].炼铁.1999(05)
[10]王宏.食品卫生国家标准与香港公众卫生及市政条例之差异[J].监督与选择.2002(06)
[11]李晖.北京中医药大学教务管理系统需求分析的研究[D].北京中医药大学,社会医学与卫生事业管理,2013,硕士.
[12]徐丽.库布齐沙漠沙柳扦插技术研究[D].内蒙古农业大学,农业资源利用,2013,硕士.
[13]袁翎.论我国行政管理现代化中的电子政府建设[D].苏州大学,行政管理,2003,硕士.
[14]郑华生,牛燕,孙王敏,张秀君.新型国际地球物理公司业务新模式探讨[J].石油地球物理勘探,2009,04:515-519+528+386.
[15]刘丽.工程项目风险分析与风险管理[D].大连理工大学,土木工程,2003,硕士.
[16]陈雯兰.浙江省9类CSSCI收录期刊综合评价指标计量分析研究[J].浙江工业大学学报,2014,01:114-118.
[17]杨绍杰.时间分数阶KdV方程和耦合KdV方程组的Lie对称分析[D].云南师范大学,应用数学,2013,硕士.
[18]傅天保.我国企业慈善捐赠与企业价值关系研究[D].南昌大学,企业管理,2012,硕士.
[19]李明亮.内质网应激联合线粒体在高血糖加重脑缺血再灌注损伤中作用的体外实验研究[D].遵义医学院,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[20]刘梦影.国际私法性质问题研究[D].华中师范大学,法律,2013,硕士.
[21]张立生.超临界二氧化碳萃取分蘖葱头精油的自动控制系统的研究[D].长春工业大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[22]张启斌,李文涛,陈海鸣.偏心套式减速机齿轮啮合状态的工艺分析[J].一重技术.1998(02)
[23]刘素芝.基于粗糙集的森林健康评价指标权重研究[D].中南林业科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[24]文锋.主轴轴承盖新产品的研制与压铸生产工艺开发[D].新疆大学,材料加工工程,2013,硕士.
[25]张歆.清化肠饮治疗溃疡性结肠炎大鼠模型的实验性研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床,2012,硕士.
[26]王欢文,吴红英,常艳琴,陈艳丽,胡中爱.石墨烯的叔丁基对苯二酚修饰及其增强的电容行为[J].科学通报,2011,06:446.
[27]武建强.政府过程中的信用流失与重塑[D].陕西师范大学,政治学理论,2004,硕士.
[28]王彩霞.河北省体育院系艺术体操课程开展现状与对策研究[D].河北师范大学,体育教学,2012,硕士.
[29]朱晓敏,陈东华,耿建东.基于空间信息扩散法的环境风险评估模型[J].中国人口.资源与环境,2012,03:111-117.
[30]贾金荣.六盘山连片特困地区自我发展能力研究[D].兰州大学,区域经济学,2013,硕士.
[31]王卉.玩家身份“同质异构”现象的分析与设计研究[D].华中师范大学,设计学,2014,硕士.
[32]张晶.动车组制动系统建模与仿真研究[D].西南交通大学,车辆工程,2013,硕士.
[33]张茜.SPA-1调控乳腺癌细胞E-cadherin表达的初步研究[D].华中科技大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[34]吴志丹.高分辨率指纹汗孔特征提取与匹配算法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[35]刘晓冬.三维集成电路硅通孔匹配和倒装芯片布线算法研究[D].复旦大学,微电子与固体电子学,2013,博士.
[36]李茹.森林公园游客忠诚度研究[D].中南林业科技大学,森林游憩与公园管理,2014,硕士.
[37]张建国.抢劫罪加重情节若干问题研究[D].华东政法学院,法律,2003,硕士.
[38]纪洪敏.防冻粘超高分子量聚乙烯复合材料的制备及性能研究[D].中国矿业大学,材料工程,2014,硕士.
[39]徐静.自然发酵肉制品中干酷乳杆菌的分离、筛选与应用[D].中国农业大学,食品科学,2004,硕士.
[40]廖立.机器人手术主操作手设计与优化[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[41]王萍.第二语言阅读中基于上下文的词汇猜测[D].首都师范大学,课程与教学论,2004,硕士.
[42]刘泽.石墨（烯）纳米力学与器件的实验研究[D].清华大学,2011.
[43]吕文祥.西藏邬郁盆地铀矿化特征及远景评价[D].成都理工大学,地球化学,2013,硕士.
[44]卓鹤洲.我国国家蹦床队运动训练管理系统的分析[D].北京体育大学,运动训练,2013,硕士.
[45]张儒.结合图像修复的变长自嵌入水印算法研究[D].西南交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[46]籍雪平,王贝贝,王娜,李献锐.基于石墨烯-纳米金复合材料的超氧阴离子生物传感器[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第04分会：纳米生物传感新方法[C].中国化学会:,2014:1.
[47]巫静.涤纶分散染料染色过程及效果建模[D].浙江理工大学,纺织化学与染整工程,2013,硕士.
[48]陈雷,王延章.基于熵权系数与TOPSIS集成评价决策方法的研究[J].控制与决策,2003,04:456-459.
[49]韩磊.航空磁异常探测关键技术研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[50]吴登能.面向移动互联网的个性化新闻推荐算法研究[D].杭州师范大学,计算机应用技术,2013,硕士.