考慮彈簧腿的四足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析與仿真.pdf

1、從機(jī)器人誕生到今天，機(jī)器人技術(shù)日益成熟。特別是近幾十年來(lái)，隨著機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人的適用范圍越來(lái)越廣泛，實(shí)際工作中對(duì)機(jī)器人的要求也日益增多。相比于輪式機(jī)器人，足式機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活好，其中四足機(jī)器人綜合性能在足式機(jī)器人中最好，成為了各國(guó)科學(xué)家爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。
　　 本文研究的野外高性能液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人，具有高動(dòng)態(tài)、高負(fù)載能力，腿部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊等優(yōu)點(diǎn)。但是剛性腿的機(jī)器人在正常行走中機(jī)體受到的沖擊加速度非常大，

2、可能會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成干擾，使機(jī)器人難以控制，嚴(yán)重的話甚至可能損壞控制系統(tǒng)。同時(shí)，巨大的沖擊也會(huì)造成腿部關(guān)節(jié)間隙增大，降低了機(jī)器人的控制精度。因此，本文考慮在機(jī)器人腿部加裝彈簧緩沖裝置，以減小機(jī)器人機(jī)體受到的沖擊，保護(hù)機(jī)器人控制系統(tǒng)，保證其控制精度。
　　 文章首先詳細(xì)綜述了國(guó)內(nèi)外四足機(jī)器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，然后采用D-H法建立起四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，由坐標(biāo)變換法得出機(jī)器人正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式，并驗(yàn)證腿部關(guān)節(jié)角隨足底軌跡變化的正確

3、解。通過(guò)分析規(guī)劃出四足機(jī)器人Trot步態(tài)下的足底路徑。為使機(jī)器人從站立狀態(tài)起步，在開始運(yùn)動(dòng)時(shí)采用半個(gè)幅度的步幅將機(jī)器人四條腿調(diào)整到合適的位置后再進(jìn)入正常的Trot步態(tài)行走，同時(shí)用MATLAB模擬出該狀態(tài)下從站立開始行走時(shí)機(jī)器人腿以及各關(guān)節(jié)的軌跡。隨后建立了四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，分析并采用拉格朗日法來(lái)求解四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，得到了四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程組。
　　 機(jī)器人結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而在建模分析時(shí)完全精確的模型并不必要，因此

4、本文為了降低模型的復(fù)雜程度對(duì)其進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，采用三維造型軟件UG建立了四足機(jī)器人機(jī)體結(jié)構(gòu)，并將模型導(dǎo)入ADMAS建立起正確的虛擬樣機(jī)模型。接著使用ADAMS對(duì)機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行仿真，通過(guò)分析機(jī)體的位移及其速度加速度曲線看出剛性腿機(jī)器人受到的沖擊十分巨大，進(jìn)而指出加裝彈簧緩沖裝置的必要性。在虛擬樣機(jī)上設(shè)計(jì)安裝彈簧緩沖裝置并進(jìn)行仿真分析，對(duì)比未加裝彈簧緩沖裝置時(shí)機(jī)器人的足底、機(jī)體沖擊加速度和第一個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力，證明該裝置對(duì)減小機(jī)體沖擊有著顯著