论文题目: 双足机器人的倒立摆模型及其控制研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 李建
导师: 王划一
关键词: 双足机器人,倒立摆,步态规划,极点配置
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 双足机器人是一门与仿生学、多刚体动力学、多传感器融合技术以及控制工程等多学科相结合的交叉学科,是机器人研究领域中的一个重要分支。双足行走方式具有高度的灵活性,特别适合于日常环境与人类协作完成各种任务,在康复、日常服务、危险环境作业等领域具有广阔的应用潜力。所以对双足步行机器人行走规划及其控制研究不仅具有很高的学术价值,而且具有相当的现实意义。 论文中,我们根据人类的步行过程及人体的生理结构提出了一种简单的双足机器人模型,并进行了步态规划的研究,最终得出了和二级倒立摆模型相似的双足机器人行走模型。然后,在随后的章节中针对这一模型,用二级倒立摆的平衡控制模拟双足机器人在平坦的地面上,脚面抬起高度为0的最小能量消耗的一种行走方式。 倒立摆系统的研究具有重要的理论研究和实际应用价值。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等,都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性使得许多现代控制理论的研究人员一直将它视为研究对象。他们不断从研究倒立摆控制方法中发掘出新的控制方法,并将其应用于航天科技和机器人学等各种高新科技领域。由于它的行为与火箭以及两足机器人行走有很大的相似性,因而对其研究具有重大的理论和实践意义。由于倒立摆系统本身所具有的上述特点,使它成为深入学习、研究和证实各种控制理论有效性的实验系统。 由于二级倒立摆和双足机器人行走的相似性,很自然联想到用倒立摆进行双足机器人步态行走的仿真。由于倒立摆装置的成熟性,就可以在倒立摆系统这样一个比较成熟且相对来说是比较简单的模型上进行双足机器人步态行走特性上的模拟仿真工作。 论文将极点配置、LQR理论运用到直线倒立摆的控制中,在实际中对理论进行了进一步的研究工作。把倒立摆系统的动态方程在其工作点附近
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1．1 机器人概述
1．1．1 机器人的发展
1．1．2 双足机器人发展
1．2 倒立摆系统的研究及现状
1．2．1 倒立摆系统
1．2．2 倒立摆的研究现状
1．3 CMAC神经网络实现二级倒立摆的稳定控制
1．4 二级倒立摆仿真双足机器人的思想
1．5 本文主要研究内容及结构安排
第2章 双足机器人的行走模型及步态规划
2．1 双足机器人模型的提出
2．1．1 双足步行机器人模型的推导
2．1．2 双足机器人模型的可行性证明
2．2 双足步行分析
2．3 步态规划
2．3．1 规划方法
2．3．2 ZMP与行走的稳定性
2．3．3 步态规划步骤
第3章 一级倒立摆的稳定控制
3．1 直线一级倒立摆的建模
3．1．1 微分方程的推导
3．1．2 传递函数及状态空间方程
3．2 一级摆的两种典型控制方法
3．2．1 状态空间极点配置法
3．2．2 LQR控制器设计与调节
3．3 极点配置法和LQR法的结果对比与结论
第4章 二级倒立摆的稳定控制
4．1 直线二级倒立摆的建模
4．1．1 非线性模型的建立
4．1．2 数学模型的线性化
4．2 LQR控制器
4．2．1 加权矩阵的选取
4．2．2 LQR实验结果及分析
4．3 CMAC神经网络控制倒立摆
4．3．1 CMAC的基本结构
4．3．2 CMAC神经网络实现二级倒立摆的控制
第5章 结论与展望
5．1 论文的主要工作
5．2 尚需进一步研究的问题
5．3 几点结论
参考文献
致谢
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学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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