兩棲機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、兩棲機(jī)器人能在陸地、水中和水陸過(guò)渡環(huán)境中推進(jìn)，具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，可以充當(dāng)兩棲環(huán)境中偵察、勘探、通訊、救援等任務(wù)的載體，代替人類執(zhí)行農(nóng)田病蟲害監(jiān)控、抗震救災(zāi)、海洋資源探測(cè)、兩棲戰(zhàn)場(chǎng)排雷等任務(wù)，應(yīng)用前景非常廣闊。目前，兩棲機(jī)器人的研究主要集中于單一環(huán)境下推進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和推進(jìn)機(jī)理研究，對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)兩棲運(yùn)動(dòng)的復(fù)合推進(jìn)機(jī)構(gòu)以及機(jī)器人在過(guò)渡環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的研究還比較少。因此，兩棲機(jī)器人的復(fù)合推進(jìn)機(jī)構(gòu)的研究和水陸過(guò)渡環(huán)境中運(yùn)動(dòng)性能的探索有著重要的研

2、究意義。
　　本文提出了一種新型的基于復(fù)合推進(jìn)機(jī)構(gòu)兩棲機(jī)器人，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，對(duì)機(jī)器人在陸地、水下和水陸過(guò)渡環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃，并在不同環(huán)境下對(duì)機(jī)器人的推進(jìn)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)兩棲機(jī)器人AmphiHex的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前兩棲機(jī)器人推進(jìn)方式的研究，設(shè)計(jì)了一種在陸地由弧形腿推進(jìn)，在水下由槳式腿推進(jìn)的兩棲機(jī)器人AmphiHex，包括機(jī)器人變形腿的設(shè)計(jì)、機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計(jì)、控制系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。
　　(2)對(duì)AmphiHex的弧形腿模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析。建立了弧形腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，計(jì)算了機(jī)器人推進(jìn)速度與弧形腿運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，探究了弧形腿的不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)機(jī)器人姿態(tài)的影響，并對(duì)機(jī)器人在陸地上的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。
　　(3)兩棲機(jī)器人AmphiHex步態(tài)規(guī)劃。通過(guò)對(duì)AmphiHex步態(tài)參數(shù)的研究，設(shè)計(jì)了機(jī)器人在不同環(huán)境中的步態(tài)，包括陸地上的三角步態(tài)、四足步態(tài)、六

4、足同步步態(tài)，水下的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等步態(tài)，以及過(guò)渡環(huán)境中的復(fù)合步態(tài)，研究了機(jī)器人的步態(tài)轉(zhuǎn)換方案。
　　(4) AmphiHex推進(jìn)性能進(jìn)行測(cè)試。AmphiHex在平地上的最大推進(jìn)速度為0.48m/s，能爬上斜坡的最大角度為35°，能夠越過(guò)高度為180mm的障礙物，可以爬上單級(jí)臺(tái)階低于160mm的樓梯。機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)水下的各種機(jī)動(dòng)動(dòng)作，在靜水中的最大推進(jìn)速度為0.25m/s，能在水陸過(guò)渡環(huán)境中實(shí)現(xiàn)水陸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，并能以復(fù)合步態(tài)在實(shí)現(xiàn)登