基于SLIP模型的四足仿生机器人Galloping步态高速运动归约化控制方法研究

四足机器人具有良好的运动灵活性和环境适应性,是机器人研究领域的热点。随着研究的深入和对机器人运动性能需求的提高,四足机器人研究领域分化出以高速运动为目标的研究分支。生物学研究显示,跳跃步态是四足动物典型的高速对称步态,且多种动物在高速速度中存在脊柱大幅地参与运动,而相应的脊柱型四足机器人的理论及运动控制研究却鲜见报道。当前研究大多孤立了脊柱环节,鲜有整机的建模研究以及运动控制方法研究。在该方向的研究势必推动仿生工程和机器人运动控制等方面的发展,此外,以其高速运动的特点,在军事侦察、救震救灾和未来生活等领域也将具有广阔的应用前景。首先,本文以分析猎豹的运动特性入手,建立了脊柱型四足机器人七杆模型,以及构建了ASLIP动力学模型,使用拉格朗日方程推导了其跳跃运动的动力学方程;迭代运算动力学微分方程,使用庞加莱映射方法搜索了机器人七杆模型基于ASLIP跳跃运动的不动点,结果显示不动点在固定能量层级下呈区域性分布;不动点的对比结果显示基于ASLIP模型的运动比基于SLIP模型的运动能适应更高的稳态运动速度,并作了触地力、脊柱角和稳定性等特性分析。为脊柱型四足机器人跳跃运动提供了动力学模型和理论基础。然后,根据机器人模型各关节主动力作用于控制量的广义力计算结果,研究了前向速度、弹跳高度、机身俯仰角