八足機器人步行機制及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著機器人技術(shù)研究的深入,足式仿生機器人逐漸成為了研究熱點。這得益于其在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下顯現(xiàn)出的運動靈活、穩(wěn)定性好和行走速度快的性能優(yōu)勢。本課題源自于國家自然科學(xué)基金“多足仿生機器蟹復(fù)雜地貌行走方法研究”。旨在通過對生物蟹身體結(jié)構(gòu)的分析研究,設(shè)計制作出八足仿生機器人本體;并模仿生物蟹的運動機理,研究合理有效的步態(tài)規(guī)劃方法,使八足機器人行走更加平穩(wěn)高效。
　　 本文首先對國內(nèi)外多足機器人的發(fā)展研究概況進行了簡要的闡述,分析了多足機器

2、人領(lǐng)域的研究重點和未來技術(shù)發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上,對八足機器人進行了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計,完成了基于彈性轉(zhuǎn)動驅(qū)動的模塊化關(guān)節(jié)及圓弧式仿生足端結(jié)構(gòu)設(shè)計。并對八足機器人遞階式控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計進行了簡要的介紹。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,對八足機器人的整體和單步行足進行了模型簡化分析,利用D-H法建立了擺動步行足的運動學(xué)模型,并對八足機器人整體運動學(xué)進行了簡要的分析;同時,對八足機器人進行了動力學(xué)分析,其中包括彈性轉(zhuǎn)動驅(qū)動關(guān)節(jié)動力學(xué)分析,擺動足動力學(xué)分析

3、和整體動力學(xué)分析。運動學(xué)和動力學(xué)分析為機器人運動機制研究奠定了完整的理論基礎(chǔ)。
　　 隨后,在八足機器人機構(gòu)特征分析和運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用規(guī)范化能量穩(wěn)定裕度判據(jù)得出了八足機器人靜態(tài)穩(wěn)定性描述方法。建立了各種行走環(huán)境下機器人靜態(tài)穩(wěn)定裕度計算的通用數(shù)學(xué)模型,并分別對水平面、斜面兩種典型行走環(huán)境下的不同行走方式的穩(wěn)定性進行了對比分析。
　　 接著,結(jié)合穩(wěn)定性研究的成果對八機器人的行走步態(tài)進行了深入研究,提出了連續(xù)類滾步態(tài),

4、并與傳統(tǒng)的雙四足步態(tài)進行了性能對比分析,得出了連續(xù)類滾動步態(tài)的優(yōu)越特性;在橫向行走步態(tài)研究的基礎(chǔ)上,又對縱向行走步態(tài)和越障步態(tài)進行了研究,將跟導(dǎo)步態(tài)的思想應(yīng)用到了八足機器人縱向行走步態(tài)規(guī)劃方法中。
　　 最后,針對八足機器人研究的關(guān)鍵技術(shù)進行了實驗。其中包括基于“ADAMS”和“Pro/E”聯(lián)合虛擬仿真的彈性轉(zhuǎn)動驅(qū)動關(guān)節(jié)吸振性能測試實驗;基于“dSPACE”和原理樣機的連續(xù)類滾動步態(tài)行走性能實驗、縱向跟導(dǎo)步態(tài)行走性能實驗。通過實