多運動模式輪腿移動機器人的運動學分析與研究.pdf

1、　　近年來仿生機器人的研究一直是非常活躍的一個領域，運動機理在仿生學的研究當中有著至關重要的作用。有些移動機構，將輪式移動機構和腿式移動機構相結合，組合成了輪腿式移動機器人，增強了移動機器人在復雜路況環(huán)境下的道路適應性和通過性，本文的研究對象為輪腿式移動機器人，具有六條結構相同的移動腿，可利用變形關節(jié)，完成多運動模式下的移動行走功能，進一步增強了移動機器人對非結構環(huán)境的適應性和通過性。
　　首先對多運動模式輪腿移動機器人的單腿

2、機構進行了運動學分析，利用D-H法則構建了其腿部的運動學模型，并對運動學方程正逆解進行了求解和仿真驗證；而D-H法則在某些情況下影響了坐標系構建的多樣性，并且?guī)矸彪s的分析步驟，因此本文針對多運動模式輪腿移動機器人的機構特點，提出冗余坐標系的概念，從而為單腿機構坐標系的快速構建提供一種新的解決方案，提高了運動學模型的構建效率。
　　利用矢量積法對多運動模式輪腿移動機器人的雅克比矩陣進行求解，對矢量積法所求結果進行數學仿真和三維

3、模型的仿真驗證。同時利用微分變換法進行雅克比矩陣的求解，并利用所求結果對矢量積法再次進行驗證，以表明矢量積法求解的正確性。
　　分析了單腿機構的靈活性，求解了多運動模式輪腿移動機器人單腿機構的工作空間，為多運動模式輪腿移動機器人運動規(guī)劃、避障提供了良好的解決方法。求解單腿機構靈活性的過程中，引入靈活度、靈活工作空間等概念，利用幾何構圖法和數值分析法對多運動模式輪腿移動機器人的靈活性進行了分析研究。分析結果證明了單腿機構的平面靈

4、活性，并最終通過利用遍歷整個服務球的方法仿真驗證了多運動模式輪腿移動機器人單腿機構在笛卡爾坐標系下的空間靈活性。
　　利用動力學求解方法對多模式移動機器人進行動力學研究的初步探索。結果表明，第二類拉格朗日方程所求結果較為繁瑣，不便于計算和實時控制。
　　利用解析幾何的坐標變換方法，構建此種多運動模式輪腿移動機器人并聯機構的運動學模型；并利用構建并聯機構各分支末端點之間的幾何關系，求解下平臺坐標系原點和坐標系姿態(tài)矩陣，

5、進而構建了該機構的運動學正解模型；仿真結果表明，該并聯機構運動學模型正確；最后，應用人工魚群算法對多運動模式輪腿移動機器人并聯機構的運動學正解進行求解，并對運動學正解結果進行仿真驗證，給出了仿真驗證結果。
　　構建了多運動模式輪腿移動機器人運動學逆解模型，給出運動學逆解的解析解，利用幾何圖解法求解出全部奇異解的存在狀況，并給出逆解解析解的正確解，分別以位置和姿態(tài)為輸入，對多運動模式移動機器人運動學逆解進行了數值求解和仿真驗證。