六足機(jī)器人自由步態(tài)規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究.pdf

1、六足機(jī)器人具有豐富的步態(tài)和冗余的肢體結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的輪式、履式移動(dòng)機(jī)器人，其可利用離散的地面支撐實(shí)現(xiàn)非接觸式障礙規(guī)避、障礙跨越以及不平整地面運(yùn)動(dòng)，對復(fù)雜地形和不可預(yù)知環(huán)境變化具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。隨著六足機(jī)器人基礎(chǔ)理論與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，六足機(jī)器人將在未來的礦產(chǎn)采掘，星際探測，搶險(xiǎn)救災(zāi)和軍事偵查等國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的優(yōu)勢。本文在國家863計(jì)劃(2012AA041508)、河北省自然科學(xué)基金(E20142021

2、54)和機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究項(xiàng)目(SKLRS-2013-ZD-04)的支持下，針對六足機(jī)器人的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深入研究，研制一種可在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中全方位移動(dòng)的六足機(jī)器人平臺，旨在通過六足機(jī)器人自由步態(tài)規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究，提高復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。本文的創(chuàng)新性工作及成果如下：
　　1.基于六足生物觀測實(shí)驗(yàn)，研究六足生物結(jié)構(gòu)的共性，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)構(gòu)型分析，設(shè)計(jì)了六足機(jī)器人的單足與機(jī)體結(jié)構(gòu)，

3、考慮機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)性能，對機(jī)器人的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并結(jié)合虛擬樣機(jī)技術(shù)驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)性能，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人半自主實(shí)時(shí)控制為目標(biāo)，搭建了六足機(jī)器人軟、硬件控制系統(tǒng)，研制了一種可在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中全方位移動(dòng)的新型六足機(jī)器人。
　　2.針對六足機(jī)器人多足協(xié)調(diào)控制，提出了基于參數(shù)化的足端軌跡規(guī)劃方法，給出了機(jī)體工作空間的確定方法及邊界方程，基于運(yùn)動(dòng)相對性，將考慮姿態(tài)的機(jī)體運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等效簡化為各支撐足獨(dú)立的足端軌跡規(guī)劃，提出了基于運(yùn)動(dòng)相對性的機(jī)

4、體運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，在此基礎(chǔ)上，解除機(jī)體與擺動(dòng)相足端的運(yùn)動(dòng)耦合，提出了一種多足協(xié)調(diào)控制方法，并對該方法的有效性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　3.針對六足機(jī)器人自由步態(tài)規(guī)劃，基于離散化思想，建立了離散化步態(tài)模型，結(jié)合穩(wěn)定性分析，構(gòu)建了六足機(jī)器人穩(wěn)定的位置狀態(tài)空間，將復(fù)雜的步態(tài)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的位置狀態(tài)空間中位置狀態(tài)間的排序問題，提出了基于離散化的自由步態(tài)生成算法，實(shí)現(xiàn)了六足機(jī)器人的穩(wěn)定行走。
　　4.基于平均穩(wěn)定裕量，分別針對結(jié)構(gòu)化與非