一種混聯(lián)腿機構(gòu)四足步行機器人的設(shè)計及非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的步態(tài)規(guī)劃.pdf

1、隨著移動機器人的應用范圍不斷擴大，對移動機器人的研究越來越多。不過在復雜環(huán)境中，機器人的保持平衡能力和工作可靠性還有很多有待改進的地方。為了使它們能在許多結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中行走，本文從避免傳感器和驅(qū)動器因環(huán)境因素而失效的目標出發(fā)，提出了一種混聯(lián)腿機構(gòu)的四足機器人。 首先，機械結(jié)構(gòu)分析和運動學建模是步態(tài)規(guī)劃的基礎(chǔ)，本文對腿機構(gòu)自由度和三足、四足落地時的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的自由度進行了分析。接著建立了腿機構(gòu)運動學模型，給出了全局坐標系與腿部坐

2、標系的變換，并分析了腿機構(gòu)的理論工作空間，從中選取了適當?shù)墓ぷ鲄^(qū)域。在這基礎(chǔ)之上，利用支鏈等效原理將三腿和四腿落地時的并聯(lián)結(jié)構(gòu)等效為3-UPS和4-UPS機構(gòu)的方法，對原機構(gòu)進行了運動學反解。 其次，為了提高環(huán)境識別方法的適應性，本文提出了一種新型的基于力反饋的非結(jié)構(gòu)環(huán)境的識別方法，建立了完整的腿機構(gòu)的靜力學模型，通過Matlab仿真得出了簡單環(huán)境下的通過在腿的桿件安裝應變片進行離散識別方法。在這基礎(chǔ)之上，為了適應更復雜的環(huán)境給

3、出了通過應力反求足端受力的數(shù)學模型，并對機器人機身的力平衡進行了分析，得出作用在機身上的外力的求解方法。 最后，在保證穩(wěn)定的條件下從耗能、效率、運動空間幾個方面論證穩(wěn)定行走的最佳步態(tài)。然后在運動空間的約束下，討論其對應的初始位姿。靜態(tài)穩(wěn)定步態(tài)是穩(wěn)定行走的最基本步態(tài)，為謀求更大的穩(wěn)定裕度，先規(guī)劃固定重心點的靜態(tài)步態(tài)，在此基礎(chǔ)上再規(guī)劃隨動靜態(tài)步態(tài)以改善運動的平滑性。同時，為了解決能在不同方向上行走的問題，又規(guī)劃了零半徑轉(zhuǎn)彎步態(tài)。利用