八足機(jī)器人步行機(jī)制及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)研究的深入,足式仿生機(jī)器人逐漸成為了研究熱點(diǎn)。這得益于其在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下顯現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)靈活、穩(wěn)定性好和行走速度快的性能優(yōu)勢(shì)。本課題源自于國(guó)家自然科學(xué)基金“多足仿生機(jī)器蟹復(fù)雜地貌行走方法研究”。旨在通過對(duì)生物蟹身體結(jié)構(gòu)的分析研究,設(shè)計(jì)制作出八足仿生機(jī)器人本體;并模仿生物蟹的運(yùn)動(dòng)機(jī)理,研究合理有效的步態(tài)規(guī)劃方法,使八足機(jī)器人行走更加平穩(wěn)高效。
　　 本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外多足機(jī)器人的發(fā)展研究概況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述,分析了多足機(jī)器

2、人領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)八足機(jī)器人進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),完成了基于彈性轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的模塊化關(guān)節(jié)及圓弧式仿生足端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并對(duì)八足機(jī)器人遞階式控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)八足機(jī)器人的整體和單步行足進(jìn)行了模型簡(jiǎn)化分析,利用D-H法建立了擺動(dòng)步行足的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并對(duì)八足機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析;同時(shí),對(duì)八足機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,其中包括彈性轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)分析,擺動(dòng)足動(dòng)力學(xué)分析

3、和整體動(dòng)力學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)制研究奠定了完整的理論基礎(chǔ)。
　　 隨后,在八足機(jī)器人機(jī)構(gòu)特征分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用規(guī)范化能量穩(wěn)定裕度判據(jù)得出了八足機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定性描述方法。建立了各種行走環(huán)境下機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定裕度計(jì)算的通用數(shù)學(xué)模型,并分別對(duì)水平面、斜面兩種典型行走環(huán)境下的不同行走方式的穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 接著,結(jié)合穩(wěn)定性研究的成果對(duì)八機(jī)器人的行走步態(tài)進(jìn)行了深入研究,提出了連續(xù)類滾步態(tài),

4、并與傳統(tǒng)的雙四足步態(tài)進(jìn)行了性能對(duì)比分析,得出了連續(xù)類滾動(dòng)步態(tài)的優(yōu)越特性;在橫向行走步態(tài)研究的基礎(chǔ)上,又對(duì)縱向行走步態(tài)和越障步態(tài)進(jìn)行了研究,將跟導(dǎo)步態(tài)的思想應(yīng)用到了八足機(jī)器人縱向行走步態(tài)規(guī)劃方法中。
　　 最后,針對(duì)八足機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。其中包括基于“ADAMS”和“Pro/E”聯(lián)合虛擬仿真的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)吸振性能測(cè)試實(shí)驗(yàn);基于“dSPACE”和原理樣機(jī)的連續(xù)類滾動(dòng)步態(tài)行走性能實(shí)驗(yàn)、縱向跟導(dǎo)步態(tài)行走性能實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)