新型串并混聯(lián)四足步行機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問題研究.pdf

1、本課題提出一種具有混聯(lián)腿部結(jié)構(gòu)的新型四足機(jī)器人，引入張量分析理論和旋量理論，構(gòu)建了該混聯(lián)四足機(jī)器人對(duì)于廣義輸入的逆向協(xié)調(diào)方程。以整機(jī)的防滑性能作為優(yōu)化指標(biāo)，利用遺傳算法進(jìn)行了協(xié)調(diào)計(jì)算，并基于該協(xié)調(diào)方法求取了整機(jī)動(dòng)力學(xué)。本課題還基于旋量理論和李群李代數(shù)方法結(jié)合張量分析方法提出了求解運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法，為分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)建了新思路，具有一定的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。
　　首先，對(duì)混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到了腿部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解模型以及正

2、解求取方法，并對(duì)正解算法進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)四足機(jī)器人整機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)求解時(shí)直接利用坐標(biāo)變換規(guī)則將整機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為了單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，簡(jiǎn)化了整機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)求解過程。
　　提出了單腿的動(dòng)力利用率指標(biāo)，利用遺傳算法對(duì)單腿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析；針對(duì)單目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果中存在的問題，引入加權(quán)綜合指標(biāo)作為適應(yīng)度函數(shù)，并改變了單腿機(jī)構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的組成，對(duì)單腿結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。結(jié)果表明，改進(jìn)的優(yōu)化算法能夠得到綜合性能更加良好的優(yōu)化結(jié)果

3、。
　　分別利用拉格朗日方法和牛頓歐拉與影響系數(shù)結(jié)合的方法對(duì)腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)求解。利用 MATLAB對(duì)腿部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算，并利用ADAMS虛擬樣機(jī)仿真軟件，對(duì)單腿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了仿真分析，得到結(jié)果與MATLAB計(jì)算結(jié)果一致，驗(yàn)證了樣機(jī)的正確性及運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模的正確性，為進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力控制奠定了基礎(chǔ)。
　　最后，將四足機(jī)器人各支撐足端點(diǎn)受力作為機(jī)器人的廣義輸入，引入反對(duì)稱張量構(gòu)建了整機(jī)逆向協(xié)

4、調(diào)方程，并擬定了機(jī)器人動(dòng)載荷，以各支撐足端點(diǎn)受力與地面法線方向的夾角作為評(píng)價(jià)機(jī)器人防滑性能的指標(biāo)，利用遺傳算法對(duì)支反力進(jìn)行了協(xié)調(diào)優(yōu)化；基于牛頓歐拉方法和理論力學(xué)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換方程，求取了整機(jī)動(dòng)載，并利用上述協(xié)調(diào)優(yōu)化方法結(jié)合牛頓歐拉法求解了整機(jī)動(dòng)力學(xué)；并求取了各足端點(diǎn)支反力與地面法線方向夾角的變化曲線，分析了整機(jī)運(yùn)動(dòng)中存在的問題，結(jié)合整機(jī)步態(tài)對(duì)該問題進(jìn)行了分析。
　　本課題的研究為該新型四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力控制奠定了基礎(chǔ)，并且對(duì)