欠驅(qū)動六足步行移動機器人的設(shè)計與分析.pdf

1、足式移動機器人相比于輪式、履帶式等類型的移動機器人，由于立足點離散分布，允許機身運動軌跡與足端運動軌跡解耦等諸多優(yōu)點，而受到機器人科研工作者的重點關(guān)注。足式機器人按足數(shù)目的多少分主要包括雙足、四足以及六足機器人。其中，六足機器人憑借對地形較好的適應(yīng)能力以及步行穩(wěn)定性，成為研究的熱點。但現(xiàn)有六足步行移動機器人還存在許多有待改進(jìn)和提高的地方，特別是六足機器人控制系統(tǒng)較為復(fù)雜的情況。六足機器人腿機構(gòu)可控自由度越多，相應(yīng)地其控制系統(tǒng)會越復(fù)雜。因

2、此，本文從六足步行移動機器人腿機構(gòu)設(shè)計入手，設(shè)計一種具有單自由度腿機構(gòu)的六足步行移動機器人。
　　首先，本文在列舉比較常用腿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有八桿十副腿機構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)型分析與優(yōu)化設(shè)計，獲得了本文所研究的單自由度腿機構(gòu)。接下來以單自由度腿機構(gòu)為基礎(chǔ)，提出了一種欠驅(qū)動六足步行移動機器人的設(shè)計方案，借助Pro/E提供的“骨架模型”功能，采用“自上而下”的全新設(shè)計理念完成該六足步行移動機器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模。在步態(tài)規(guī)劃方面，基于仿

3、生學(xué)原理，為其規(guī)劃了一種橫向行走的三角步態(tài)，并借助Pro/E的運動骨架功能對步態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究，找出了實現(xiàn)該六足步行移動機器人穩(wěn)定行走的各足端運動軌跡最適相位差。
　　其次，分別采用D-H法和旋量法對六足機器人腿機構(gòu)進(jìn)行了運動學(xué)分析，包括腿機構(gòu)正、逆運動學(xué)求解以及速度雅克比矩陣求解。在完成以上工作的基礎(chǔ)上，利用MATLAB/SIMULINK軟件強大的數(shù)據(jù)分析和圖形處理功能，建立起該六足步行移動機器人腿機構(gòu)的SIMULINK仿

4、真模型，對腿機構(gòu)各關(guān)節(jié)、連桿處的位移、速度、加速度進(jìn)行了運動仿真，描繪出相應(yīng)的運動曲線，為腿機構(gòu)的改進(jìn)以及進(jìn)一步分析驗證奠定了基礎(chǔ)。
　　最后，采用虛擬樣機技術(shù)，在機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS中建立該欠驅(qū)動六足步行移動機器人的參數(shù)化模型和仿真環(huán)境。通過在ADAMS中的仿真分析，一方面驗證了該欠驅(qū)動六足步行移動機器人的行走能力，步態(tài)穩(wěn)定性和連續(xù)性；另一方面通過虛擬仿真暴露出了設(shè)計中存在的諸多不足，為下一步的優(yōu)化改進(jìn)與提高奠定了基