摘要
目前外星探测器的运动范围严重受到地形和环境的限制，四足机器人具有很好的运动灵活性和环境适应能力，在外星探测方面具有非常广阔的应用前景。外星天体表面地形往往复杂多样，给四足机器人的运动稳定性带来很大影响。本文研究四足机器人复杂地形足端触地状态估计和运动控制方法，并通过实验验证了方法的有效性。主要内容如下： 1.通过对四足机器人进行运动学分析，求解了四足机器人各条腿的正、逆运动学和雅各比矩阵；根据四足机器人结构建立了四足机器人运动学树状模型，研究出了高效和精确的四足机器人动力学求解方法。 2.设计了四足机器人参数化步态规划方法；根据四足机器人运动特点，研究了四足机器人对角运动摆动腿落足点选择方法，规划了足端运动轨迹；设计了用于求解支撑腿期望足端力的MPC控制器；提出了四足机器人摆动腿足端位置控制和支撑腿足端力/位混合控制的运动控制方法。 3.利用四足机器人运动参数和关节力矩估计足端力，并据此计算足端触地概率；根据规划的步态时间计算足端触地概率；利用卡尔曼滤波器融合两种概率数据，提高足端触地状态估计的准确性。提出了基于足端触地状态的复杂地形运动相切换策略，提高四足机器人在复杂地形下的运动稳定性。 4.设计了四足机器人控制系统，开发了控制系统软件；开展了机器人性能综合评估实验，进行了支撑腿力/位混合控制方法、足端触地状态估计方法和复杂地形运动相切换策略的验证，检测了控制方法的有效性。
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