面向舞臺表演的海龜機(jī)器人及其多足穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)和仿生學(xué)的發(fā)展，仿生機(jī)器人的研究正被國內(nèi)外學(xué)者們廣泛關(guān)注，其中仿生四足機(jī)器人因其良好的運(yùn)動靈活性和優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性成為熱點(diǎn)。本文研制一種用于數(shù)字舞臺表演的海龜機(jī)器人系統(tǒng)，推導(dǎo)了其運(yùn)動學(xué)方程，并分析了四足協(xié)調(diào)行走的穩(wěn)定性問題，提出相應(yīng)的步態(tài)規(guī)劃方法，最后開展了多種典型步態(tài)下的運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)。
　　針對舞臺表演的需要，確定了海龜機(jī)器人的功能及性能指標(biāo)要求，結(jié)合真實(shí)海龜?shù)耐庑谓Y(jié)構(gòu)和運(yùn)動原理，設(shè)計(jì)了海龜機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)型、本體框

2、架、4條3DOF的腿部和柔性脖子。其中，腿部關(guān)節(jié)的電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)放置在腿部后端與本體的結(jié)合處，減小了關(guān)節(jié)所承受的負(fù)載，提高了傳動效率，而柔性脖子采用繩索驅(qū)動的方式，運(yùn)動靈活，可以模仿海龜脖子的運(yùn)動，增加人機(jī)互動的效果。另外，設(shè)計(jì)了龜殼開合裝置，通過該裝置可以打開海龜機(jī)器人外殼，然后從海龜身體中發(fā)出彩色光束，增加藝術(shù)效果。
　　完成海龜機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，開展了多足協(xié)調(diào)的穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃研究?；谕炔拷Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用D-H法建立了單足的運(yùn)動

3、學(xué)模型，基于此，采用常規(guī)方法規(guī)劃了爬行步態(tài)和轉(zhuǎn)彎步態(tài)，并且用Webots軟件進(jìn)行了步態(tài)仿真，驗(yàn)證了其合理性?？紤]腿部重量對系統(tǒng)重心的影響，建立了結(jié)構(gòu)尺寸與靜態(tài)穩(wěn)定性之間的關(guān)系，定義了運(yùn)動步態(tài)的穩(wěn)定性判據(jù)，該判據(jù)考慮了各足幾何特性、質(zhì)量特性和系統(tǒng)構(gòu)型對穩(wěn)定性的影響，基于此，提出了斜側(cè)向重心控制的穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)了多足協(xié)調(diào)的步態(tài)穩(wěn)定控制。最后基于模塊化的思想，開發(fā)了基于ARM處理器的嵌入式控制器和遙控器，實(shí)現(xiàn)了海龜機(jī)器人舞臺表演時(shí)的遠(yuǎn)