Stewart型轮足式机器人驱动控制方法研究

Unmanned combat, disaster relief, resource exploration, disability service and other specific areas require extremely high-level of movement performances of robot, which provides excellent developing opportunities for wheel-legged robot with advantages of both wheel and leg movement. The project innovatively designs wheel-legged robot based on Stewart parallel mechanism and researches its motion driving and stability control method. The research contexts contain such three aspects as locomotion control of single leg based on Stewart, stable walking of legged situation based on Stewart and coordinated locomotion control under circumstance of wheel-legged composite pattern. Stewart type wheel-legged robot overcomes lack of tandem leg joints through Stewart parallel mechanism and sufficiently combines kinematical characteristics of leg, wheel and parallel mechanism, which has benefits of high speed, high load capacity, flexible control and strong adaptability to terrain. The research of project will overcome stable locomotion controlling problems of wheel-legged robot based on Stewart and promote the development of design theory and control method of wheel-legged robot, as well as provide innovative thoughts, innovative theories, innovative methods and innovative technologies, which are in order to further enrich connotation of mobile robotics. At the same time, it will accelerate practical and engineering processes of wheel-legged robot and is expected to create greater practical value in military and civilian fields.

无人作战、抢险救灾、资源勘探和残障服务等特定领域对机器人的运动性能提出了极高要求，这为具有轮足复合运动功能的特种机器人提供了很好的发展契机。本项目创新性设计了基于Stewart并联机构的轮足式机器人，研究其运动驱动与稳定控制方法,研究内容包括Stewart型单足运动控制、Stewart型足式稳定行走和轮足复合协同控制三部分。Stewart型轮足式机器人通过Stewart并联平台解决了串联式足关节的不足,充分融合足式与轮式运动以及并联机构的运动特点，具有负载能力大、控制方式灵活和地形适应性强的综合优势。本项目的研究将解决Stewart型轮足式机器人的稳定运动控制问题，促进轮足式机器人设计理论与控制方法的发展，为高性能移动机器人的发展提供新思路、新理论、新方法和新技术，进一步丰富移动机器人学的内涵；同时推动轮足式机器人实用化和工程化进程，有望在军事和民用领域产生较大的实际应用价值。

无人作战、抢险救灾、资源勘探和残障服务等特定领域对机器人的运动性能提出了极高要求，这为具有轮足复合运动功能的特种机器人提供了很好的发展契机。本项目创新性设计了基于Stewart并联机构的轮足式机器人，研究其在大负载和复杂地形下的运动驱动与稳定控制方法,主要研究内容包括Stewart型电动并联式轮足机器人研制、Stewart型单足运动控制、Stewart型足式稳定行走和轮足复合协同控制三部分。.经过2018-2020的四年研究，成功研制了两代Stewart型电动并联式轮足机器人，分别命名为“北理哪吒”一代和二代，多次参加国内竞赛和展示活动，得到了多家媒体报道，在机器人研究领域取得较大影响力；设计了多种的Stewart型足关节驱动与控制方法、足式行走稳定控制框架与控制方法、轮式及轮足协同稳定控制框架与控制方法、机器人自主决策与规划框架，实现了机器人在重载和多种复杂地形下的稳定运动与自主控制。圆满和超额完成了预定的研究计划。.在项目实施期中，共发表学术论文27篇，其中SCI论文14篇（高被引论文1篇，一区论文2篇，二区论文5篇），EI论文13篇，会议论文4篇；申报国家发明专利12项，已经授权9项；受邀全国性学术会议大会报告一次；培养博士生6人（优博2人），硕士生2人，获得“挑战杯”和“互联网+”等竞赛奖5项（一等奖2项）。.Stewart型轮足式机器人通过Stewart并联平台解决了串联式足关节的不足,充分融合足式与轮式运动以及并联机构的运动特点，具有负载能力大、控制方式灵活和地形适应性强的综合优势。本项目的研究了解决Stewart型轮足式机器人的稳定运动控制问题，促进轮足式机器人设计理论与控制方法的发展，为高性能特种机器人的发展提供新思路、新理论、新方法和新技术。依托本项目研究成果，项目距团队成功申报1项国家重点研发项目和1项JWH“创新特区”项目，相关核心技术包括电驱动技术、Stewart平台控制技术、无人系统控制技术，初步实现了产品化和产业化，推广应用到航天五院502所、航天二院206所、航天三院8359所和中石油东方公司等多家单位。