模塊化多足步行機器人機械系統(tǒng)研究.pdf

1、經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，多足步行機器人仍然存在功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境適應(yīng)能力不高、可維護性差等缺點，未能在人類的生產(chǎn)生活中得以大規(guī)模應(yīng)用。 本文針對已有技術(shù)的不足，以研制一種具有豐富功能、環(huán)境適應(yīng)性強、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便的步行機器人為目標(biāo)，提出一種具有模塊化特征的多足步行機器人設(shè)計方案。 通過對多足步行機器人機構(gòu)特性與運動學(xué)分析、足的靜力學(xué)分析和足關(guān)節(jié)靜態(tài)負(fù)載分析計算、機械系統(tǒng)的模塊化設(shè)計方法，以及模塊化步行機器人的構(gòu)型

2、與運動仿真試驗研究等，研制了具有模塊化和腿/臂融合特征的MiniQuad 機器人原理樣機。 綜合分析幾種典型多足步行機構(gòu)模型，以爬行類機構(gòu)為主進行運動學(xué)分析，推演了MiniQuad 機器人運動學(xué)特性的計算方法，計算得到包括自由度、正運動學(xué)和逆運動學(xué)在內(nèi)的特征參數(shù)，為力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。 針對多足步行機器人的靜態(tài)受力情況進行分析，提出了考慮足的質(zhì)量情形下的足關(guān)節(jié)靜態(tài)受力分析方法，并通過引入雅克比矩陣簡化了靜力平衡方

3、程的推導(dǎo)和計算，為模塊化步行機器人足關(guān)節(jié)負(fù)載分析提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，分析計算得到MiniQuad各關(guān)節(jié)在靜態(tài)受力情況下的負(fù)載情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件選型和設(shè)計提供了基本依據(jù)。 在上述運動學(xué)分析和靜力學(xué)分析基礎(chǔ)上，利用模塊化思想設(shè)計了多足步行機器人的運動機構(gòu)，該機器人由三種基本模塊組合而成，并能夠改變構(gòu)型而重構(gòu)成多種形式的多足步行機器人系統(tǒng)。 根據(jù)機器人的多種爬行運動以及物品抓取和搬運等一系列仿真，論述了MiniQu