一類新型輪腿式移動機器人的優(yōu)化設計與實驗研究.pdf

1、移動機器人作為機器人領域的重要分支，可在地震、核輻射及火災等未知復雜惡劣環(huán)境中代替人類進行探索和作業(yè)，具有廣闊的應用前景。本課題密切結(jié)合移動機器人學和機構(gòu)學的國際學術前沿，提出并研究一類具有強越障能力的輪腿式移動機器人，內(nèi)容涉及機器人的結(jié)構(gòu)設計、參數(shù)優(yōu)化、步態(tài)規(guī)劃、控制系統(tǒng)開發(fā)、物理樣機建造及實驗驗證等。取得的主要研究成果如下：
　　1.面向復雜惡劣環(huán)境對移動機器人的重要需求，提出一種新型輪腿式移動機器人，該機器人由機身和四個三輻

2、式輪腿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、越障能力強、行進速度快及穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
　　2.將移動機器人較難攀越的樓梯作為其越障的結(jié)構(gòu)環(huán)境，在靜力學層面，分析輪腿式移動機器人的越障過程，研究機器人輪腿的輪輻數(shù)目對越障能力的影響規(guī)律。結(jié)合具體樓梯參數(shù)，利用幾何方法提出一種高效攀爬樓梯的策略，據(jù)此優(yōu)化機器人輪腿的輪輻弦長及其曲率半徑等參數(shù)。
　　3.面向兼有高效越障和快速移動的功能需求，規(guī)劃設計新型輪腿式移動機器人的同步和對角兩種步態(tài)，并進行其

3、運動學分析。通過研究同步步態(tài)的靜態(tài)穩(wěn)定性和對角步態(tài)的動態(tài)穩(wěn)定性，得到兩種步態(tài)的速度要求和應用范圍。
　　4.利用Design Expert實驗設計軟件和ADAMS動力學仿真軟件，研究柔性輪腿對移動機器人穩(wěn)定性的影響規(guī)律，實現(xiàn)輪腿柔性參數(shù)的優(yōu)化設計。通過軟件仿真，驗證新型輪腿式移動機器人結(jié)構(gòu)設計和步態(tài)規(guī)劃的有效性，并證明該機器人的越障能力。
　　5.針對機器人的功能需求，規(guī)劃輪腿機器人的軟硬件架構(gòu)，完成主要硬件選型。基于機器人