辅助双足行走机器人的参数随机不确定动力学建模及其步态稳定控制

从人体双足行走的运动结构、运动形态和运动特征研究出发，分析行走的运动规律和机制，揭示双足各构件的功能及其运动机理，规划符合双足行走特征的辅助机器人稳定步态；综合考虑结构材料的物理特性与几何形状、不同构件之间的耦合关系和外部环境等方面的不确定因素，以刚体动力学、非光滑动力学、运动稳定性以及随机非线性动力学的理论和方法为工具，建立辅助双足行走机器人系统的参数随机不确定动力学模型；从理论与数值方面讨论此类复杂机械系统的样本动力学特征、随机稳定性、随机吸引子与随机稳定域等，深入研究辅助双足行走机器人系统各不确定性参数的作用机理，并建立双足行走机器人在概率意义上的辅助稳定行走的随机非线性控制方法。

本项目旨在研究双足机器人不确定性参数及环境扰动在动力学中的作用机理，讨论对机器人动力学行为的影响以提高行走过程的稳定性。首先，在研究人体行走的运动形态、特征、规律、机制的基础上，规划了双足机器人的稳定步态并建立了运动学模型；充分考虑结构材料的物理特性与几何形状、不同构件之间的耦合关系等不确定性因素后，在非光滑动力学、随机非线性动力学的理论基础上，分别建立了双足机器人单腿支撑阶段确定参数与不确定性参数的动力学模型，建立了机器人脚与地面的确定性参数与不确定性参数的碰撞模型；通过数值仿真得到了强敏感性参数、一般敏感性参数和不敏感性参数，并对各参数的敏感性进行了定量分析。其次，研究了机器人各关节力矩中所存在的周期扰动、脉冲扰动和随机扰动对机器人性能的影响，并确定了随机稳定域，为机器人控制提供了必要参考。最后，基于上述研究发明了一种可稳定行走的步行机器人，该机器人运行稳定，控制方便，具有较强的实用性。该项目研究对丰富和完善机器人非线性随机动力学理论、深入研究机器人稳定性具有重要意义。