隧道檢測仿蜘蛛機器人的步態(tài)軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、多足仿生爬壁機器人是多足仿生機器人的一個重要分支，是應(yīng)用于高空特殊環(huán)境作業(yè)的一種智能機械設(shè)備。因蜘蛛具有與眾不同的生理結(jié)構(gòu)、能適應(yīng)復雜的環(huán)境、并具有全地形爬行能力等特點，成為了國內(nèi)外仿生機器人研究的重要對象。近年來隧道數(shù)量劇增，加大了隧道養(yǎng)護的工作量和難度的同時，也帶來了巨大的安全隱患。針對應(yīng)用于隧道檢測的仿蜘蛛爬壁機器人，本文對其機械結(jié)構(gòu)、運動學、動力學、足端軌跡規(guī)劃、步態(tài)規(guī)劃以及控制系統(tǒng)等方面展開研究。
　　本文首先介紹了本課

2、題仿蜘蛛六足機器人的研究背景及國內(nèi)外爬壁機器人的發(fā)展現(xiàn)狀;然后，在分析蜘蛛生理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以實現(xiàn)隧道檢測功能為目標，設(shè)計了隧道檢測機器人的機械結(jié)構(gòu)及其基于Arduino101+QSC的分層控制系統(tǒng);隨后，在建立了仿蜘蛛機器人擺動足運動學和動力學模型的基礎(chǔ)上，提出基于高階組合樣條插值法對足端軌跡進行規(guī)劃，并對該算法進行仿真實驗，證明其有效性;緊接著，設(shè)計了本課題機器人適應(yīng)于隧道壁面爬行的運動步態(tài);最后，在完成實驗平臺搭建的基礎(chǔ)上，對機器

3、人直行步態(tài)進行驗證。
　　本文的主要研究內(nèi)容是:
　　(1)設(shè)計了一種具有3個主動驅(qū)動關(guān)節(jié)的高自由度機器人腿部結(jié)構(gòu)，并在其末端用球鉸連接了仿生粘性腳掌，使本文仿蜘蛛六足機器人能夠在各種復雜環(huán)境下進行隧道檢測作業(yè)。
　　(2)提出了一種新的足端避障軌跡規(guī)劃算法:實驗仿真證明，該算法能有效適應(yīng)于本課題機器人的足端軌跡規(guī)劃，在保障機器人安全性的前提下，提高了機器人的工作效率。
　　(3)設(shè)計了適應(yīng)于隧道壁面爬行的垂直三