基于球形兩棲機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)分析.pdf

1、隨著人類社會(huì)不斷地向前發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)與我們的生活建立了密不可分的關(guān)系。球形兩棲機(jī)器人作為機(jī)器人的一種，由于其對(duì)稱的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，在環(huán)境適應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。因此對(duì)于球形兩棲機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。
　　本論文提出了一種新型的球形兩棲機(jī)器人系統(tǒng)。機(jī)器人整體對(duì)稱的球形結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，環(huán)境擾動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，采用帶直流噴水推進(jìn)器的機(jī)械腿作為驅(qū)動(dòng)單元，不僅可以完成陸地多自由

2、度運(yùn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)水下環(huán)境的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)。兩棲機(jī)器人可以通過配置GPS、陀螺儀、加速度計(jì)和避障傳感器在地面和水下充當(dāng)一個(gè)多用途結(jié)構(gòu)、偵查、通信的可回收裝置，在狹窄的密閉空間，它還可以釋放一些小型水下機(jī)器人來完成水下任務(wù)。
　　為了分析球形兩棲機(jī)器人陸地運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，分別運(yùn)用D-H參數(shù)法和拉格朗日函數(shù)建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程。推導(dǎo)出雅克比矩陣，反映了速度和關(guān)節(jié)角速度之間的關(guān)系，提供了虛擬樣機(jī)仿真分析的理論基礎(chǔ)。其次使用三維軟

3、件SolidWorks建立簡化的機(jī)器人實(shí)體模型，并導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，驗(yàn)證了步態(tài)規(guī)劃算法的可行性。最后對(duì)所設(shè)計(jì)的球形兩棲機(jī)器人進(jìn)行陸地運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了步態(tài)算法的可行性，說明虛擬樣機(jī)技術(shù)（ADAMS）可以準(zhǔn)確地描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性。
　　利用歐拉方程建立球形兩棲機(jī)器人水下動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)估計(jì)。其次對(duì)噴水推進(jìn)器進(jìn)行識(shí)別建模，建立輸入電壓與噴水推進(jìn)器的關(guān)系。最后完成機(jī)器人水下運(yùn)動(dòng)