空間多面體翻滾機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析與控制技術(shù)研究.pdf

1、針對(duì)現(xiàn)行通用移動(dòng)機(jī)器人難以適用于行星探測(cè)大尺度溝壑、狹窄洞穴等復(fù)雜陸地環(huán)境的現(xiàn)狀,本文主要對(duì)一種具有更高的機(jī)動(dòng)性、隱蔽性和超強(qiáng)的越障能力,且能夠適應(yīng)行星探索復(fù)雜陸地環(huán)境需要的變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十二重四面體機(jī)器人展開研究。該機(jī)器人是由8個(gè)外部結(jié)點(diǎn)和1個(gè)中心節(jié)點(diǎn)通過26根伸縮連桿連接組成,通過各連桿協(xié)調(diào)伸長和收縮,改變機(jī)器人的構(gòu)型,使機(jī)器人的重心發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人向目標(biāo)方向移動(dòng)。十二重四面體機(jī)器人雖然具有很大的優(yōu)點(diǎn),但是其可變幾何桁架機(jī)構(gòu)的多伸縮

2、連桿、多閉鏈、多節(jié)點(diǎn)強(qiáng)耦合機(jī)構(gòu)特征對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制提出了挑戰(zhàn)。基于此背景,本文主要研究十二重四面體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制所涉及的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)步態(tài)規(guī)劃、控制等關(guān)鍵問題。
　　本文提出一種幾何方法對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)位置分析,推導(dǎo)了十二重四面體機(jī)器人理想模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)位置正解和反解。首先考慮一個(gè)四面體,已知3個(gè)節(jié)點(diǎn)在基坐標(biāo)系中的位置求解出另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置,依次選擇新的四面體,最終求解出十二重四面體機(jī)器人的位置正解。通過兩個(gè)實(shí)例計(jì)算分析驗(yàn)證了該方法

3、的有效性。
　　詳細(xì)推導(dǎo)了十二重四面體機(jī)器人的雅克比矩陣,為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)建模等問題研究奠定了基礎(chǔ)。采用拉格朗日方法推導(dǎo)了十二重四面體機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型,同時(shí)考慮了機(jī)器人節(jié)點(diǎn)與地面接觸的動(dòng)力學(xué)模型,最后推導(dǎo)出笛卡爾空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程。
　　針對(duì)十二重四面體機(jī)器人特性,提出并詳細(xì)規(guī)劃了一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)。同時(shí)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)反解方法規(guī)劃了十二重四面體機(jī)器人各連桿的位移軌跡。在ADAMS中建立了機(jī)器人系統(tǒng)模型,采用上述規(guī)劃的

4、軌跡對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行仿真,結(jié)果表明軌跡規(guī)劃是可行且有效的。
　　針對(duì)十二重四面體機(jī)器人各連桿之間的相互耦合的特點(diǎn),采用分散控制策略設(shè)計(jì)了連桿控制器。在Matlab中建立控制系統(tǒng)模型,ADAMS中建立機(jī)器人系統(tǒng)模型,基于Matlab和ADAMS聯(lián)合仿真的方法對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,并詳細(xì)分析了仿真結(jié)果,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的獨(dú)立連桿控制器是有效的,能夠使連桿準(zhǔn)確跟蹤期望軌跡。
　　針對(duì)十二重四面體機(jī)器人樣機(jī)研制,對(duì)機(jī)器人控制