六足樓梯攀爬機器人設(shè)計及其步態(tài)優(yōu)化研究.pdf

1、樓梯本質(zhì)上是為有腿生物設(shè)計的。本文設(shè)計了一種六足樓梯攀爬機器人，并對其樓梯攀爬的步態(tài)進行了優(yōu)化研究。本文主要的研究內(nèi)容和結(jié)果有：
　　 首先，設(shè)計了一種六足樓梯攀爬機器人，詳細(xì)介紹了該機器人的設(shè)計方案并且進行了相關(guān)的計算。該機器人設(shè)計以行走效率和穩(wěn)定性為主要的設(shè)計目標(biāo)，采用了六足設(shè)計方案，可以很好地適應(yīng)樓梯和其他不平整的地面環(huán)境，從而可以獲得良好的機動性能和較好的穩(wěn)定裕度。機器人的后腿除了3個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)外，還具有兩個伸縮關(guān)節(jié)，這種

2、設(shè)計可使機器人在樓梯攀爬過程中具有較好的維持機器人本體姿態(tài)平衡的能力。機器人腿部運動機構(gòu)設(shè)計采用了錐齒輪對和絲桿螺母副傳動機構(gòu)，提高了空間利用率和傳動效率。采用電機制動和雙向離合器的制動方案，使機器人具有較好的斷電保護功能，提高了系統(tǒng)的安全性。
　　 其次，采用Denavit-Hartenberg法對六足樓梯攀爬機器人的前腿和后腿進行正運動學(xué)和逆運動學(xué)分析，推導(dǎo)出正運動學(xué)和逆運動學(xué)模型。采用拉格朗日功能平衡法對前腿和后腿的多剛體

3、動力學(xué)模型進行分析，推導(dǎo)出動力學(xué)模型。為步態(tài)規(guī)劃與優(yōu)化分析提供了條件。
　　 最后，利用多目標(biāo)進化算法對機器人的平地行走步態(tài)與樓梯攀爬步態(tài)進行了優(yōu)化研究。針對三角步態(tài)模式，以能量消耗最小和力矩變化最小作為優(yōu)化指標(biāo)，對機器人的平地行走進行步態(tài)優(yōu)化；以機器人的關(guān)節(jié)沖擊最小和運動時間最短為優(yōu)化指標(biāo)，對機器人向上樓梯攀爬步態(tài)進行了優(yōu)化。利用三維仿真軟件對機器人的優(yōu)化步態(tài)進行虛擬仿真實驗，研究結(jié)果表明本文所設(shè)計的六足樓梯攀爬機器人方案能夠