小型輪腿式移動機器人.pdf

1、目前，移動機器人迅速發(fā)展，廣泛應用于軍事偵察、行星探測、搶險救災、家庭服務等工作場合。在傳統(tǒng)的機器人中，輪式機器人具有較為簡單的行走結(jié)構和控制方式；腿式機器人對于復雜環(huán)境有較強的適應能力；球形機器人擁有封閉的球形外殼，對本身結(jié)構、電氣系統(tǒng)形成了保護作用，同時具有較強的恢復能力。本文從結(jié)合輪式、腿式、球形機器人的優(yōu)點出發(fā)，研制了小型輪腿式移動機器人，主要內(nèi)容包括：小型輪腿式移動機器人系統(tǒng)設計、機器人運動特性分析、機器人行走控制研究、機器人

2、運動性能仿真與實驗。
　　首先，針對輪式、腿式、球形機器人的結(jié)構優(yōu)點，完成了小型輪腿式移動機器人的系統(tǒng)設計。確定采用“兩輪并列+四腿對稱布置+圓弧輪殼”的主體構型，行走采用偏重心驅(qū)動方式，腿部配合爬坡越障，輪殼實現(xiàn)自動復位；采用局部模塊化思想，進行了小扭矩電機配合減速器的傳動單元設計；同時進行了腿部結(jié)構、保護殼、輪殼的設計；對機器人關鍵承載件進行了強度校核；介紹了傳感器和電氣系統(tǒng)。
　　其次，對小型輪腿式移動機器人運動特性進

3、行了分析。利用拉格朗日方程建立了機器人的動力學模型，通過Matlab迭代數(shù)值求解和Adams仿真，驗證了動力學模型的正確性；針對機器人在不同地形下的運動策略，對機器人分別在腿部收縮和伸出狀態(tài)下的爬坡、越障能力進行了分析。
　　再次，進行了機器人行走控制的理論研究和仿真。將機器人的運動學模型進行線性化處理，轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程；通過Simlink對狀態(tài)方程和Adams系統(tǒng)仿真對比，驗證了狀態(tài)方程的準確性。在系統(tǒng)可控的前提下，進行了一系列控

4、制器設計和仿真，狀態(tài)反饋控制器的設計，實現(xiàn)了機器人在系統(tǒng)輸入下快速達到穩(wěn)態(tài)；基于擴展狀態(tài)變量的速度跟蹤控制器的設計，實現(xiàn)了機器人對任意速度的跟蹤；基于backstepping思想的軌跡跟蹤控制器的設計，實現(xiàn)了機器人對任意軌跡的實時跟蹤。
　　最后，針對小型輪腿式移動機器人的運動性能，進行了Adams仿真和樣機實驗。行走實驗驗證了兩輪偏重心驅(qū)動的合理性；自動復位仿真和實驗驗證了機器人較強的恢復能力；通過機器人爬坡、越障仿真和實驗，驗