面向舞臺表演的海龜機器人及其多足穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、隨著機器人技術和仿生學的發(fā)展，仿生機器人的研究正被國內(nèi)外學者們廣泛關注，其中仿生四足機器人因其良好的運動靈活性和優(yōu)異的環(huán)境適應性成為熱點。本文研制一種用于數(shù)字舞臺表演的海龜機器人系統(tǒng)，推導了其運動學方程，并分析了四足協(xié)調行走的穩(wěn)定性問題，提出相應的步態(tài)規(guī)劃方法，最后開展了多種典型步態(tài)下的運動控制實驗。
　　針對舞臺表演的需要，確定了海龜機器人的功能及性能指標要求，結合真實海龜?shù)耐庑谓Y構和運動原理，設計了海龜機器人的系統(tǒng)構型、本體框

2、架、4條3DOF的腿部和柔性脖子。其中，腿部關節(jié)的電機及傳動機構放置在腿部后端與本體的結合處，減小了關節(jié)所承受的負載，提高了傳動效率，而柔性脖子采用繩索驅動的方式，運動靈活，可以模仿海龜脖子的運動，增加人機互動的效果。另外，設計了龜殼開合裝置，通過該裝置可以打開海龜機器人外殼，然后從海龜身體中發(fā)出彩色光束，增加藝術效果。
　　完成海龜機器人系統(tǒng)設計后，開展了多足協(xié)調的穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃研究。基于腿部結構特點，采用D-H法建立了單足的運動

3、學模型，基于此，采用常規(guī)方法規(guī)劃了爬行步態(tài)和轉彎步態(tài)，并且用Webots軟件進行了步態(tài)仿真，驗證了其合理性?？紤]腿部重量對系統(tǒng)重心的影響，建立了結構尺寸與靜態(tài)穩(wěn)定性之間的關系，定義了運動步態(tài)的穩(wěn)定性判據(jù)，該判據(jù)考慮了各足幾何特性、質量特性和系統(tǒng)構型對穩(wěn)定性的影響，基于此，提出了斜側向重心控制的穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃方法，實現(xiàn)了多足協(xié)調的步態(tài)穩(wěn)定控制。最后基于模塊化的思想，開發(fā)了基于ARM處理器的嵌入式控制器和遙控器，實現(xiàn)了海龜機器人舞臺表演時的遠