小型輪腿式移動(dòng)機(jī)器人.pdf

1、目前，移動(dòng)機(jī)器人迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于軍事偵察、行星探測、搶險(xiǎn)救災(zāi)、家庭服務(wù)等工作場合。在傳統(tǒng)的機(jī)器人中，輪式機(jī)器人具有較為簡單的行走結(jié)構(gòu)和控制方式；腿式機(jī)器人對(duì)于復(fù)雜環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力；球形機(jī)器人擁有封閉的球形外殼，對(duì)本身結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)形成了保護(hù)作用，同時(shí)具有較強(qiáng)的恢復(fù)能力。本文從結(jié)合輪式、腿式、球形機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)出發(fā)，研制了小型輪腿式移動(dòng)機(jī)器人，主要內(nèi)容包括：小型輪腿式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性分析、機(jī)器人行走控制研究、機(jī)器人

2、運(yùn)動(dòng)性能仿真與實(shí)驗(yàn)。
　　首先，針對(duì)輪式、腿式、球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，完成了小型輪腿式移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。確定采用“兩輪并列+四腿對(duì)稱布置+圓弧輪殼”的主體構(gòu)型，行走采用偏重心驅(qū)動(dòng)方式，腿部配合爬坡越障，輪殼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位；采用局部模塊化思想，進(jìn)行了小扭矩電機(jī)配合減速器的傳動(dòng)單元設(shè)計(jì)；同時(shí)進(jìn)行了腿部結(jié)構(gòu)、保護(hù)殼、輪殼的設(shè)計(jì)；對(duì)機(jī)器人關(guān)鍵承載件進(jìn)行了強(qiáng)度校核；介紹了傳感器和電氣系統(tǒng)。
　　其次，對(duì)小型輪腿式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)

3、行了分析。利用拉格朗日方程建立了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，通過Matlab迭代數(shù)值求解和Adams仿真，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的正確性；針對(duì)機(jī)器人在不同地形下的運(yùn)動(dòng)策略，對(duì)機(jī)器人分別在腿部收縮和伸出狀態(tài)下的爬坡、越障能力進(jìn)行了分析。
　　再次，進(jìn)行了機(jī)器人行走控制的理論研究和仿真。將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行線性化處理，轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程；通過Simlink對(duì)狀態(tài)方程和Adams系統(tǒng)仿真對(duì)比，驗(yàn)證了狀態(tài)方程的準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)可控的前提下，進(jìn)行了一系列控

4、制器設(shè)計(jì)和仿真，狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在系統(tǒng)輸入下快速達(dá)到穩(wěn)態(tài)；基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)變量的速度跟蹤控制器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人對(duì)任意速度的跟蹤；基于backstepping思想的軌跡跟蹤控制器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人對(duì)任意軌跡的實(shí)時(shí)跟蹤。
　　最后，針對(duì)小型輪腿式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，進(jìn)行了Adams仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)。行走實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩輪偏重心驅(qū)動(dòng)的合理性；自動(dòng)復(fù)位仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)器人較強(qiáng)的恢復(fù)能力；通過機(jī)器人爬坡、越障仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)