摘要
四足机器人在复杂环境适应性、运动灵活性等方面相比轮式机器人具有一定优势，这种足式移动平台具有广阔的应用前景。然而，四足机器人多是刚性结构，在动态运动过程中存在冲击，影响机器人运动的平稳性。本文以小型四足仿生机器人为研究对象进行了阻抗控制的相关研究，通过各个关节力矩的联合作用来控制足端力，实现机器人足端与环境的柔性交互。论文主要进行了以下研究工作： 首先，分析了差分齿轮驱动机器人腿机构以及四足机器人的总体结构特征。根据阻抗控制对机器人位置控制的需要，引入了浮动基系统分析方法，建立了浮动基下的四足机器人运动学模型，同时计算了雅可比矩阵。 其次，分析了四足机器人浮动基动力学系统的特点，研究了浮动基下四足机器人腿与环境的接触形式，通过对约束雅可比矩阵转置进行QR分解的方法解耦关节驱动力矩，并在此基础上推导出接触外力的预测方法，初步建立了浮动基下的动力学模型。 基于阻抗控制算法给出了机器人足端运动阻抗控制方法。分析计算了阻抗控制的稳定边界问题，在Simulink中建立了无接触约束空间的阻抗控制系统模型，实现了自由空间下的足端位置的精确跟踪控制，并分析了阻抗参数对控制系统性能的影响。建立了ADAMS&MATLAB联合仿真模型，模拟了机器人足端受到一定作用力后的状态恢复过程，验证了控制方法的可行性。 最后，针对阻抗控制在足端力精确控制方面的不足，研究机器人足端运动自适应阻抗控制方法，进行了稳定性分析，确定了自适应控制的更新率。做了不同环境刚度以及不同期望力下的仿真实验，验证了系统的力跟踪性能。在位置控制和力控制两个方面，比较了阻抗控制和自适应阻抗控制算法在不同应用情况下的性能。
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