新型串并混聯(lián)四足步行機器人動力學問題研究.pdf

1、本課題提出一種具有混聯(lián)腿部結構的新型四足機器人，引入張量分析理論和旋量理論，構建了該混聯(lián)四足機器人對于廣義輸入的逆向協(xié)調(diào)方程。以整機的防滑性能作為優(yōu)化指標，利用遺傳算法進行了協(xié)調(diào)計算，并基于該協(xié)調(diào)方法求取了整機動力學。本課題還基于旋量理論和李群李代數(shù)方法結合張量分析方法提出了求解運動學的方法，為分析機構的運動學構建了新思路，具有一定的理論價值和指導意義。
　　首先，對混聯(lián)腿部機構進行了運動學分析，得到了腿部機構運動學反解模型以及正

2、解求取方法，并對正解算法進行了驗證。對四足機器人整機進行了運動學求解時直接利用坐標變換規(guī)則將整機運動學問題轉(zhuǎn)化為了單腿運動學問題，簡化了整機運動學求解過程。
　　提出了單腿的動力利用率指標，利用遺傳算法對單腿機構的關鍵結構參數(shù)進行了優(yōu)化分析；針對單目標優(yōu)化結果中存在的問題，引入加權綜合指標作為適應度函數(shù)，并改變了單腿機構關鍵結構參數(shù)的組成，對單腿結構參數(shù)進行了進一步的優(yōu)化。結果表明，改進的優(yōu)化算法能夠得到綜合性能更加良好的優(yōu)化結果

3、。
　　分別利用拉格朗日方法和牛頓歐拉與影響系數(shù)結合的方法對腿部機構進行了動力學求解。利用 MATLAB對腿部機構運動學與動力學進行了計算，并利用ADAMS虛擬樣機仿真軟件，對單腿機構的運動學和動力學進行了仿真分析，得到結果與MATLAB計算結果一致，驗證了樣機的正確性及運動學與動力學建模的正確性，為進一步的運動及動力控制奠定了基礎。
　　最后，將四足機器人各支撐足端點受力作為機器人的廣義輸入，引入反對稱張量構建了整機逆向協(xié)

4、調(diào)方程，并擬定了機器人動載荷，以各支撐足端點受力與地面法線方向的夾角作為評價機器人防滑性能的指標，利用遺傳算法對支反力進行了協(xié)調(diào)優(yōu)化；基于牛頓歐拉方法和理論力學中相對運動的轉(zhuǎn)換方程，求取了整機動載，并利用上述協(xié)調(diào)優(yōu)化方法結合牛頓歐拉法求解了整機動力學；并求取了各足端點支反力與地面法線方向夾角的變化曲線，分析了整機運動中存在的問題，結合整機步態(tài)對該問題進行了分析。
　　本課題的研究為該新型四足機器人的運動和動力控制奠定了基礎，并且對