空間變拓撲六重四面體機器人運動控制技術研究.pdf

1、針對現有移動機器人難以適用于行星表面密布的隕石坑、溝壑及峽谷等極端陸地環(huán)境探測的現狀，本文主要研究一種具有高機動性、不懼顛覆且環(huán)境適應力強的變拓撲六重四面體機器人。該機器人主要是由19根連桿和8個外圍節(jié)點構成，通過連桿伸縮來改變機器人的構型，進而實現機器人的運動。變拓撲六重四面體機器人是一種具有多移動關節(jié)、多節(jié)點及多閉鏈的并聯機構，這對運動控制提出了極大的挑戰(zhàn)，因此本文主要研究其運動控制涉及的運動學、動力學、步態(tài)規(guī)劃和連桿控制等亟需解決

2、的關鍵問題。
　　簡要分析了變拓撲六重四面體機器人的運動學逆解，然后基于機器人自身的結構特點，將之分為兩個并聯三角平臺式機構，依據并聯三角平臺式機構的分析方法詳細推導了機器人的正運動學封閉解。此外，對機器人進行了一階運動影響系數及速度分析，得出其雅克比矩陣。為便于對變拓撲六重四面體機器人進行控制，采用拉格朗日動力學建模思想，分別求解機器人連桿和節(jié)點的動能、勢能及離心力等元素，推導出笛卡爾空間的動力學方程。
　　步態(tài)規(guī)劃是實現

3、變拓撲六重四面體機器人穩(wěn)定運動的基礎。本文提出結合有限狀態(tài)機和中樞模式發(fā)生器進行步態(tài)規(guī)劃的方法，實現機器人的翻滾步態(tài)規(guī)劃。此外，基于重心投影點和支撐多邊形的步態(tài)規(guī)劃原則，實現變拓撲六重四面體機器人的行走步態(tài)規(guī)劃。最后，在ADAMS軟件中建立變拓撲六重四面體機器人模型，并對兩種步態(tài)分別進行了運動學仿真驗證。
　　結合機器人動力學方程證明了分散自適應控制系統是李雅普諾夫意義下漸近穩(wěn)定的，通過對簡化模型的數值仿真驗證了分散自適應控制的收