六足步行機(jī)器人自然地形下全方位運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略研究.pdf

1、六足步行機(jī)器人是具有冗余驅(qū)動(dòng)、多支鏈和時(shí)變拓?fù)涞奶胤N機(jī)器人。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性強(qiáng),地形適應(yīng)性好,故障容許度高,而且能夠?qū)崿F(xiàn)多足協(xié)調(diào)的復(fù)雜作業(yè),但也有運(yùn)動(dòng)效率較低的缺點(diǎn)。目前很多學(xué)者致力于六足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略研究,以降低能耗、改善運(yùn)動(dòng)步態(tài)、平衡足端力、平衡關(guān)節(jié)力矩等途徑提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的研究成果層出不窮,卻鮮見能同時(shí)保證運(yùn)動(dòng)效率和穩(wěn)定性的全方位運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略。而且現(xiàn)有的研究大多數(shù)均基于結(jié)構(gòu)化地形,對(duì)自然地形的情況研究較少。因此,研究

2、六足步行機(jī)器人在自然地形中全方位運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略填補(bǔ)了現(xiàn)有研究的空缺,具有重要意義。
　　本文詳細(xì)討論六足步行機(jī)器人的參數(shù)化建模方法與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問題。利用螺旋理論和指數(shù)積公式分析單足運(yùn)動(dòng)學(xué)、工作空間和機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué),并且完成了機(jī)器人的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析。
　　在此基礎(chǔ)上,研究機(jī)器人靜平衡理論,提出單位最優(yōu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定裕度的概念并設(shè)計(jì)出解析法和數(shù)值法兩種求解算法,定量分析步長系數(shù)、偏航角、落足多邊形的形參數(shù)和位參數(shù)等因素對(duì)六足步

3、行機(jī)器人高效運(yùn)動(dòng)過程中靜平衡的影響,提出一種通用的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定裕度的主動(dòng)控制。
　　以穩(wěn)定性要求和運(yùn)動(dòng)效率要求為背景,結(jié)合地形分析,設(shè)計(jì)出六足步行機(jī)器人在自然地形中全方位運(yùn)動(dòng)的路徑規(guī)劃方法、落足點(diǎn)選取方法、軀干運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法和足端軌跡規(guī)劃方法,并通過機(jī)器人系統(tǒng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略得到了各關(guān)節(jié)軌跡。綜合運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中各方法,設(shè)計(jì)了通用的六足步行機(jī)器人自然地形全方位運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與仿真算法。
　　對(duì)規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)

4、力學(xué)仿真驗(yàn)證。根據(jù)六足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真結(jié)果和動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果,通過對(duì)比兩種仿真環(huán)境下機(jī)器人的行走路徑,驗(yàn)證了路徑規(guī)劃算法;同時(shí)通過對(duì)比機(jī)器人的姿態(tài)曲線驗(yàn)證了軀干運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法;根據(jù)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的六足步行機(jī)器人相同地形相同路徑下的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果,對(duì)六足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的一系列落足三角形進(jìn)行詳細(xì)分析,驗(yàn)證了落足點(diǎn)選取方法;對(duì)各關(guān)節(jié)軌跡及相互關(guān)系分析,驗(yàn)證了足端軌跡規(guī)劃方法;通過對(duì)比所有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的單位最優(yōu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定裕度曲線,驗(yàn)證了