混合驅(qū)動型腿部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著移動機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，在高山叢林作戰(zhàn)、荒原濕地考察、防災(zāi)救援排爆等應(yīng)用場合對機(jī)器人靈活機(jī)動性和環(huán)境適應(yīng)性的要求越來越高，研究和探索具有高效能的多足移動機(jī)構(gòu)成為了當(dāng)前多足機(jī)器人領(lǐng)域亟待解決的迫切問題。傳統(tǒng)意義上的多足機(jī)器人采用伺服控制的開鏈機(jī)構(gòu)作為多足移動機(jī)構(gòu)，由于關(guān)節(jié)驅(qū)動器需要不停做往復(fù)運(yùn)動，不斷克服慣性做功，能量在正反轉(zhuǎn)切換過程中損失極大，因此難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的快速步態(tài)?；谝陨峡紤]，在對過去所研制的仿生關(guān)節(jié)型四足機(jī)器人進(jìn)行

2、實(shí)驗(yàn)測試和理論研究的基礎(chǔ)上，提出了“混合驅(qū)動型多足移動機(jī)構(gòu)”的設(shè)計(jì)概念。混合驅(qū)動型多足移動機(jī)構(gòu)是一類多自由度機(jī)構(gòu)，由單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的大功率普通動力源和隨動控制的伺服動力源進(jìn)行混合驅(qū)動，大功率普通動力源帶動曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動;伺服動力源實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)末端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，從而實(shí)現(xiàn)多足機(jī)器人的步態(tài)控制。本文綜合傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)和全伺服機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了基于混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的四足機(jī)器人，既能夠?qū)崿F(xiàn)快速移動，同時(shí)也具有良好的靈活機(jī)動能力。
　　本文首先綜

3、述了移動機(jī)器人和混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了目前多足機(jī)器人研究領(lǐng)域遇到的瓶頸問題。為了提高多足機(jī)器人的移動效率，在機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中引入了混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)。研究內(nèi)容主要包括:平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合、混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析、機(jī)電耦合建模與虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)、機(jī)構(gòu)執(zhí)行器軌跡規(guī)劃方法與實(shí)驗(yàn)研究等。
　　平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合，分析了單自由度連桿機(jī)構(gòu)與兩自由度連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合，并且給出了各種類型的縮圖形式和結(jié)構(gòu)簡圖。接著分析了

4、平面四桿機(jī)構(gòu)和混合驅(qū)動五桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分類，重點(diǎn)對混合驅(qū)動七桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。
　　混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析分為正運(yùn)動學(xué)分析和逆運(yùn)動學(xué)分析。正運(yùn)動學(xué)分析，已知機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式和尺寸參數(shù)，通過給定驅(qū)動桿件的運(yùn)動規(guī)律，求解得到從動桿件的位移、速度和加速度，得到了機(jī)構(gòu)執(zhí)行器的工作空間和軌跡曲線簇，利用雅克比矩陣分析了機(jī)構(gòu)的速度特性和影響速度特性的主要因素。逆運(yùn)動學(xué)分析，通過給定機(jī)構(gòu)執(zhí)行器的運(yùn)動軌跡和常速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，求解得到伺服電機(jī)的角位移

5、、角速度和角加速度。
　　機(jī)電耦合建模與虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)，利用拉格朗日方法建立了混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動力學(xué)方程。由于實(shí)際過程中電機(jī)的動力特性直接影響整體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度，因此有必要引入電機(jī)的動力學(xué)方程，進(jìn)行機(jī)電耦合建模。在ADAMS軟件中對機(jī)電耦合模型進(jìn)行仿真分析，得到了不同電壓下電機(jī)電流和曲柄角速度的變化曲線。
　　機(jī)構(gòu)執(zhí)行器軌跡規(guī)劃方法與實(shí)驗(yàn)研究，分別介紹了基于逆運(yùn)動學(xué)分析和基于軌跡曲線簇的軌跡規(guī)劃方法。利用混合驅(qū)動五桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)