混合輸入型多足移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)理和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在多足機(jī)器人研究領(lǐng)域，高速、高效和高機(jī)動(dòng)性一直是研究者追求的目標(biāo)。目前多足機(jī)器人多采用全伺服的串聯(lián)式腿機(jī)構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的足端軌跡和具備良好的機(jī)動(dòng)性，然而由于驅(qū)動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)方向切換的頻繁性限制了效率和步頻的提高;采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的多足機(jī)器人能夠依靠常速驅(qū)動(dòng)獲得高速和高效的運(yùn)動(dòng)，但由于缺乏伺服自由度而缺乏足端軌跡的柔性，進(jìn)而限制了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性?；旌陷斎霗C(jī)構(gòu)作為同時(shí)擁有常速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)的多自由度連桿機(jī)構(gòu)，即能夠通過(guò)常速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)獲得較

2、快的速度和較高效率，又能夠通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)足端軌跡的柔性。本文圍繞以混合輸入機(jī)構(gòu)為腿機(jī)構(gòu)的混合輸入型多足移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展了混合輸入機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)理論、混合輸入腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、混合輸入型多足移動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真和實(shí)驗(yàn)等方面的研究，主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)通過(guò)開(kāi)展混合輸入五連桿機(jī)構(gòu)末端軌跡的分析，提出了實(shí)現(xiàn)光滑軌跡時(shí)伺服輸入的必要條件，即伺服輸入導(dǎo)數(shù)連續(xù);探討了再現(xiàn)軌跡與常速和伺服輸入的驅(qū)動(dòng)函數(shù)的關(guān)系，提出了混合輸入機(jī)構(gòu)曲線(xiàn)軌跡

3、再現(xiàn)的充要條件，即曲線(xiàn)軌跡的等效時(shí)間參量關(guān)于時(shí)間變量的位置方程存在且單調(diào)，并給出了數(shù)值化充要條件判據(jù)的流程以提高該充要條件適應(yīng)性;利用數(shù)值化判據(jù)對(duì)圓和正方形軌跡進(jìn)行了軌跡再現(xiàn)規(guī)劃并在雙曲柄構(gòu)型的混合輸入五桿機(jī)構(gòu)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差較小，驗(yàn)證了數(shù)值化軌跡再現(xiàn)方法的可行性。
　　(2)在連桿機(jī)構(gòu)桿組理論的基礎(chǔ)上，利用桿組組合的方法進(jìn)行了雙節(jié)腿模型的單曲柄六連桿和八連桿腿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合，為混合輸入腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了大量的構(gòu)型

4、基礎(chǔ);通過(guò)Stephenson-Ⅲ型六連桿機(jī)構(gòu)足端軌跡分析，設(shè)計(jì)了包含常速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和直線(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)的雙自由度混合輸入七連桿腿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有較小的占空比并且在直線(xiàn)伺服下可以實(shí)現(xiàn)足端軌跡的上下調(diào)整;通過(guò)Jansen八連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行足端軌跡分析，設(shè)計(jì)了包含常速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和直線(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)的雙自由度混合輸入十一連桿腿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠在直線(xiàn)伺服過(guò)程中能夠保持足端軌跡底部的水平性和高度不變，始終符合GDA原理，保持高效行走性能。
　　(3)在混合輸入

5、七連桿腿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了具有模塊化腿機(jī)構(gòu)的混合輸入型四足移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了混合輸入四足轉(zhuǎn)彎步態(tài)的虛擬樣機(jī)仿真，仿真結(jié)果顯示混合輸入四足移動(dòng)機(jī)構(gòu)在伺服調(diào)節(jié)下能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng);針對(duì)包含直線(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)的混合輸入機(jī)構(gòu)，提出了一種基于線(xiàn)性插值的足端軌跡數(shù)值規(guī)劃方法，并對(duì)直線(xiàn)、大跨距三角形和四邊形以及橢圓足端軌跡的進(jìn)行了再現(xiàn)規(guī)劃和實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差較小，驗(yàn)證了該軌跡規(guī)劃方法的可行性;研究了弧形彈簧足底對(duì)四足移動(dòng)機(jī)構(gòu)行走性能的影響，結(jié)果顯示

6、弧形足底能夠很好的減少常速電機(jī)的峰值電流。
　　(4)基于混合輸入十一連桿腿機(jī)構(gòu)，搭建了左右對(duì)稱(chēng)的混合輸入型六足移動(dòng)機(jī)構(gòu);通過(guò)不同伺服調(diào)節(jié)量下足端軌跡的分析，提出了基于左右腿差動(dòng)伺服調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)制，即利用支撐足轉(zhuǎn)換時(shí)差所導(dǎo)致的二足和四足支撐期間的足端速度差實(shí)現(xiàn)混合輸入六足的階梯型轉(zhuǎn)彎;開(kāi)展了混合輸入六足的轉(zhuǎn)彎步態(tài)的虛擬樣機(jī)仿真研究，仿真中的中心軌跡近似于圓，且俯仰角、翻滾角和中心起伏等都非常小，表明轉(zhuǎn)彎步態(tài)的平穩(wěn)性;通過(guò)仿真定量分