摘要
双足机器人具有与人相近的外表与结构，拥有很好的亲和力，因此能够容易被人们接受并融入人们的日常生活中。与其他机器人相比，双足机器人对非结构化环境具有更好的适应能力，不仅可以服务于民生，也适用于危险复杂环境下的抗险救灾。双足机器人由于其自身运动特性，需要高功率的驱动单元，液压伺服系统功率密度大、动态响应快，因此适合用于双足机器人。液压伺服驱动自身刚度高，这保证了其对期望位置的准确跟踪能力，但是在与外界发生碰撞时也容易造成本体或环境的损伤。为了避免这种现象，可以使用液压串联弹性驱动器作为机器人的关节驱动器，引入柔顺的弹性元件并使用主被动柔顺方案，保证机器人在工作过程时的安全性与可靠性。为此，本文研究了双足机器人步态、腿部设计控制等关键技术，并完成以下主要工作： 首先，对双足机器人步态方法进行了分析，在此基础上，提出了一种基于线性/弹簧倒立摆的机器人步态规划方法；提出了一种基于改进差分进化算法的自组织级联神经网络，并将其应用在双足机器人的实时步态规划上，提高了机器人步态规划的实时性；对本文提出的线性/弹簧倒立摆模型和基于自组织级联神经网络的实时步态进行了仿真验证，为后续双足机器人的设计提供了数据参考。 其次，对双足机器人腿部进行了设计。根据前文的步态对双足机器人腿部进行了设计需求分析；提出了一种使用平面弹簧的串联弹性驱动器液压机械腿方案；提出了一种基于双层代理模型的改进差分进化方法，设计出串联弹性驱动器中的关键零部件平面弹簧；使用拓扑优化方法，对机械腿的结构件进行了优化设计，大幅减少了机器人的机械腿质量；在此基础上，完成了轻量化双足机器人腿部的整体设计。 接着，对液压伺服驱动器的动态特性进行了分析，提出了基于自适应区间二型模糊控制器的液压伺服驱动器方法。将液压伺服驱动器模型简化为差分模型，并使用改进差分进化方法，对其特征参数进行了辨识；对区间二型模糊控制器进行了分析，针对其自适应优化问题，提出了一种结合阶跃响应性能和频率响应性能的适应度函数方程，并使用改进差分进化方法对其进行求解和优化；研究了适应度函数方程中的参数选择问题，给出了参数的优选方法。通过实验，验证了自适应区间二型模糊控制器在液压缸控制上的可行性与优越性。 然后，针对双足机器人机械腿，结合自适应区间二型模糊控制器，提出了一种基于模糊自抗扰控制器和导纳控制的机械腿控制框架。将模糊自抗扰控制器引入机器人关节的位置控制，改进了其跟踪微分器和误差反馈控制律，实现了机器人关节驱动器的精确位置控制；将交叉耦合控制器引入机械腿控制，减少了机器人关节的跟踪轮廓误差；将导纳控制引入机械腿控制，实现了机械腿的主被动柔顺控制。在机械腿实验平台进行相关实验，验证了该方法的可行性与有效性。 最后对全文做了总结，并对未来研究方向做了展望。
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