新型四足步行機(jī)器人混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究.pdf

1、由于四足步行機(jī)器人具有穩(wěn)定性高、地形適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，四足步行機(jī)器人的研究受到了越來(lái)越多專(zhuān)家和學(xué)者的重視，成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。四足步行機(jī)器人多采用串聯(lián)式腿部機(jī)構(gòu)或并聯(lián)式腿部機(jī)構(gòu)，然而由于這兩種結(jié)構(gòu)各自的局限性，使得四足步行機(jī)器人的性能也都受到一定的限制，串并混聯(lián)式腿部機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和研究應(yīng)運(yùn)而生。
　　本文提出了一種新型串并混聯(lián)四足步行機(jī)器人，并對(duì)其混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)研究。該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)主要由髖關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)

2、節(jié)和小腿順次連接組成，其中髖關(guān)節(jié)為三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，膝關(guān)節(jié)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本文的主要研究工作如下：
　　1、對(duì)提出的新型串并混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)，利用螺旋理論對(duì)其進(jìn)行了自由度分析，基于 D-H方法建立了機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系，以能耗最小姿態(tài)為該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)姿態(tài)，基于矢量法對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和反解分析，得出了該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和反解模型。
　　2、基于矢量法和微分變換法，建立了該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)空間和操作空間的速度傳遞

3、關(guān)系和加速度傳遞方程，得到了其速度雅克比矩陣，并根據(jù)速度雅克比矩陣對(duì)該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了奇異性分析。提出了一種適用于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的靈巧度指標(biāo)，并根據(jù)該指標(biāo)對(duì)該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)的參數(shù)δ和L2L1進(jìn)行了優(yōu)化，最后利用MATLAB軟件，采用邊界搜索法搜索出了該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間。
　　3、對(duì)提出的新型混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)建立了靜力學(xué)模型，同時(shí)考慮約束力和驅(qū)動(dòng)力之間的映射關(guān)系，基于矢量法和虛功原理建立了其靜力傳遞平衡方程。提出了適用于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的全局剛

4、度系數(shù)指標(biāo)。提出具體算例，利用MATLAB軟件繪制出該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)足端受到外界力和力矩作用時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電缸的受力情況。
　　4、建立了該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)的ADAMS虛擬樣機(jī)。對(duì)該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)規(guī)劃了一段典型運(yùn)動(dòng)軌跡，利用MATLAB和ADAMS對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真；結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)反解模型，利用MATLAB軟件驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的正確性；最后用試制出的腿部機(jī)構(gòu)樣機(jī)對(duì)該混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真和實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證了該腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)