摘要
四足机器人因其优异的运动性能和环境适应能力在救灾、军事、勘探、陪护等领域可以发挥非常重要的作用。但是现阶段四足机器人因耗能大，续航时间短，在面对复杂环境和高难度作业时很难在有限能源供给的情况下顺利完成任务。因此实现四足机器人的能源高效利用以达到提高续航能力对四足机器人发展具有重要意义。为了解决这个问题，本文从四足机器人驱动器设计和运动控制的角度出发，设计了一款实现能源高效的新型串联弹性驱动器（serieselasticactuator，SEA），并针对四足机器人交互及运动进行了能效优化的实验研究。 针对实现四足机器人能源高效利用的需求，提出了新型串联弹性驱动器的设计方案以及四足机器人高能效的运动策略。对于四足机器人的能量消耗现状和实现能源高效利用方法进行了深入的调研；基于串联弹性驱动的理念，开展了弹性元件的力学分析、仿真、测试及整个驱动器的设计。建立了串联弹性驱动器动力学模型、力矩控制模型和位置控制模型，并对控制模型进行了相应的分析与验证。从驱动器驱动负载过程中分析了刚性和柔性驱动在能量传递过程中的不同利用效果；结合操作空间动力学，分析了碰撞等机器与环境交互过程中能量耗散的影响因素并提出优化方案。对于四足机器人不同的运动情形，从机器人静态与动态运动的角度针对性的对能量消耗进行了分析和实验，相应的提出了节能降耗的控制策略。 本文分别从四足机器人驱动关节的设计和运动控制策略两个角度来实现对四足机器人的能源高效利用研究，结果验证了这些设计和策略可以有效的降低四足机器人的运动能耗，对于提高四足机器人续航能力具有重要意义。
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