机器人单足系统-沙土塑性接触力学建模及验证

为了更好地实现足式移动机器人在柔软流动性地面的仿真以及反馈控制,提出了机器人单足系统与沙土(柔性地面环境)接触力学的模型.该模型讨论并继承了部分经典土力学中极限承载力理论的假设条件,并加以拓展和深化,分别建立了机器人硬质足、柔性足与沙土环境的接触力学模型.与其他模型相比,该模型充分考虑了接触面和滑裂面的外形特征,且参数均为常用已测物理参数而不需要在线的辨识过程.设计、加工并搭建了机器人单足式移动平台,完成了单足系统移动平台与沙土环境准静态和动态冲击状态下的相互作用实验.实验和仿真预测结果的对比表明,预测结果与样本数据结果的总误差为8.97%,验证了塑性接触力学模型的准确性和预测足地接触变形时力学行为的有效性.     

转动C形腿与沙土作用建模及力学参数辨识

机器人足端与沙土相互作用力学模型的建立和参数辨识，是沙土表面步行移动机器人多模态感知和决策的重要约束条件和物理信息。C形腿构型在沙土表面具有高通过性和适应性，基于地面动力学中的抵抗力学理论，充分考虑C形腿在摆动步态条件下位姿和速度矢量对足地相互作用动态力学的影响，进而建立C形腿与沙土的相互作用力学模型。然后，通过三组宽度条件的C形腿与沙土表面的转动接触力学试验，提取数据并分析水平和竖直接触力随姿态角度的变化规律。然后，通过积分模型的解析推导获得线性表达形式，基于递归最小二乘算法对未知参数矩阵进行逐项推导。最后，基于逐项迭代输入输出矩阵函数，获得参数在已有数据样本容量空间内的辨识结果。与试验结果相比，辨识后的预测竖直力和水平力误差分别为4.05%和4.22%，验证参数辨识的准确性和有效性。辨识的参数能够反映沙土地面的部分物理特征，基准值则反映腿部几何构型对力学模型的影响。