多運動模式輪腿移動機器人的運動學(xué)分析與研究.pdf

1、　　近年來仿生機器人的研究一直是非?；钴S的一個領(lǐng)域，運動機理在仿生學(xué)的研究當(dāng)中有著至關(guān)重要的作用。有些移動機構(gòu)，將輪式移動機構(gòu)和腿式移動機構(gòu)相結(jié)合，組合成了輪腿式移動機器人，增強了移動機器人在復(fù)雜路況環(huán)境下的道路適應(yīng)性和通過性，本文的研究對象為輪腿式移動機器人，具有六條結(jié)構(gòu)相同的移動腿，可利用變形關(guān)節(jié)，完成多運動模式下的移動行走功能，進(jìn)一步增強了移動機器人對非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)性和通過性。
　　首先對多運動模式輪腿移動機器人的單腿

2、機構(gòu)進(jìn)行了運動學(xué)分析，利用D-H法則構(gòu)建了其腿部的運動學(xué)模型，并對運動學(xué)方程正逆解進(jìn)行了求解和仿真驗證；而D-H法則在某些情況下影響了坐標(biāo)系構(gòu)建的多樣性，并且?guī)矸彪s的分析步驟，因此本文針對多運動模式輪腿移動機器人的機構(gòu)特點，提出冗余坐標(biāo)系的概念，從而為單腿機構(gòu)坐標(biāo)系的快速構(gòu)建提供一種新的解決方案，提高了運動學(xué)模型的構(gòu)建效率。
　　利用矢量積法對多運動模式輪腿移動機器人的雅克比矩陣進(jìn)行求解，對矢量積法所求結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真和三維

3、模型的仿真驗證。同時利用微分變換法進(jìn)行雅克比矩陣的求解，并利用所求結(jié)果對矢量積法再次進(jìn)行驗證，以表明矢量積法求解的正確性。
　　分析了單腿機構(gòu)的靈活性，求解了多運動模式輪腿移動機器人單腿機構(gòu)的工作空間，為多運動模式輪腿移動機器人運動規(guī)劃、避障提供了良好的解決方法。求解單腿機構(gòu)靈活性的過程中，引入靈活度、靈活工作空間等概念，利用幾何構(gòu)圖法和數(shù)值分析法對多運動模式輪腿移動機器人的靈活性進(jìn)行了分析研究。分析結(jié)果證明了單腿機構(gòu)的平面靈

4、活性，并最終通過利用遍歷整個服務(wù)球的方法仿真驗證了多運動模式輪腿移動機器人單腿機構(gòu)在笛卡爾坐標(biāo)系下的空間靈活性。
　　利用動力學(xué)求解方法對多模式移動機器人進(jìn)行動力學(xué)研究的初步探索。結(jié)果表明，第二類拉格朗日方程所求結(jié)果較為繁瑣，不便于計算和實時控制。
　　利用解析幾何的坐標(biāo)變換方法，構(gòu)建此種多運動模式輪腿移動機器人并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)模型；并利用構(gòu)建并聯(lián)機構(gòu)各分支末端點之間的幾何關(guān)系，求解下平臺坐標(biāo)系原點和坐標(biāo)系姿態(tài)矩陣，

5、進(jìn)而構(gòu)建了該機構(gòu)的運動學(xué)正解模型；仿真結(jié)果表明，該并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)模型正確；最后，應(yīng)用人工魚群算法對多運動模式輪腿移動機器人并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)正解進(jìn)行求解，并對運動學(xué)正解結(jié)果進(jìn)行仿真驗證，給出了仿真驗證結(jié)果。
　　構(gòu)建了多運動模式輪腿移動機器人運動學(xué)逆解模型，給出運動學(xué)逆解的解析解，利用幾何圖解法求解出全部奇異解的存在狀況，并給出逆解解析解的正確解，分別以位置和姿態(tài)為輸入，對多運動模式移動機器人運動學(xué)逆解進(jìn)行了數(shù)值求解和仿真驗證。