仿尺蠖攀爬機器人的關鍵技術研究.pdf

1、隨著國家現代化建設的快速推進以及城市綠化建設的發(fā)展，機器人將在農林業(yè)，建筑業(yè)等領域得到更廣泛的應用。然而，在這些領域內，很多作業(yè)是需要在高空條件下完成的，其工作條件惡劣，環(huán)境復雜，且勞動強度大，工作時間長。長期以來開發(fā)一種攀爬機器人代替人類從事高空作業(yè)一直是國內外研究學者的一個課題。本文以尺蠖為仿生原型，設計了一種仿尺蠖攀爬機器人，并針對該機器人從結構設計、運動學和動力學、軌跡規(guī)劃等方面進行了研究。
　　針對仿尺蠖攀爬機器人的結構

2、設計問題，首先研究了尺蠖的生物特征及其攀爬機理，之后基于運動仿生原理抽象出其運動構型，并對其步態(tài)進行了分析。然后確定了機器人的結構設計準則，合理地選擇了驅動方式，并對其軀干及抓取機構進行了具體的設計，最后利用Pro/E軟件建立了仿尺蠖攀爬機器人的三維模型。
　　針對仿尺蠖攀爬機器人，對其機構模型進行了簡化并建立了世界坐標系、局部坐標系和廣義坐標系，應用旋量理論對其進行正向和逆向運動學分析，并利用MATLAB軟件對其逆運動學進行了數

3、值計算；采用基于旋量理論的拉格朗日方法建立了仿尺蠖攀爬機器人的動力學模型，并對其進行了數值仿真與分析。
　　針對仿尺蠖攀爬機器人的軌跡規(guī)劃問題，以機器人樹木分枝間攀爬過渡步態(tài)為例，在對其步態(tài)分析的基礎上，確定了機器人的幾何路徑，并將路徑點以關節(jié)角度表示，采用3-5-3多項式插值函數擬合運動軌跡。最后以時間最短為優(yōu)化目標，采用量子行為粒子群優(yōu)化算法對其樹木分枝間攀爬過渡步態(tài)進行了優(yōu)化仿真分析。
　　通過虛擬樣機技術，對已規(guī)劃好

4、的樹木分枝間攀爬過渡步態(tài)的關節(jié)空間運動軌跡進行了仿真實驗。分別采用ADAMS與Simulink仿真軟件完成仿尺蠖攀爬機器人動力學模型與控制模型的建立，再利用ADAMS與 MATLAB之間的接口模塊，完成了基于ADAMS與 MATLAB的樹木分枝間攀爬過渡步態(tài)的聯合仿真。仿真結果驗證了仿尺蠖攀爬機器人結構的合理性以及文中所采用的軌跡規(guī)劃方法的可行性。
　　本文針對仿尺蠖攀爬機器人的相關研究與理論分析對其在實際工程中的應用有一定的參考