本文選題：六足機(jī)器人 + 單腿設(shè)計�。� 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：步行機(jī)器人是地面移動機(jī)器人中的一個重要分支,有自身獨(dú)特的優(yōu)勢。相比于傳統(tǒng)的輪式、履帶式機(jī)器人,同等尺寸的步行機(jī)器人可以獲得更大的越障能力,而且能更好地隔絕地面起伏對機(jī)載設(shè)備的影響,由于不需要連續(xù)地克服路面阻力,步行機(jī)器人在松軟地面上的能量消耗會更低。從步行機(jī)器人驅(qū)動裝置的角度看,液壓系統(tǒng)的承載能力大、系統(tǒng)重量輕,而且可以利用多種動力源,自持力好;從步行機(jī)器人的腿足數(shù)量上看,六足機(jī)器人在穩(wěn)定性、承載能力和系統(tǒng)復(fù)雜度之間取得了較好的平衡,因此液壓六足機(jī)器人非常適合作為野外崎嶇地形下的運(yùn)輸工具或者新奇的載人游樂設(shè)施。本文正是為這樣一種大承載、高機(jī)動性的液驅(qū)六足機(jī)器人設(shè)計腿部結(jié)構(gòu)。通過調(diào)研目前國內(nèi)外液壓驅(qū)動步行機(jī)器人的整體布局、單腿結(jié)構(gòu),本文采用了比較主流的串聯(lián)式三鉸接關(guān)節(jié)的腿部機(jī)構(gòu),每個單腿具有三個主動自由度,之后對單腿進(jìn)行了正、逆運(yùn)動學(xué)的計算�？偨Y(jié)了單腿各個節(jié)段之間的比例對機(jī)器人整機(jī)靈活度的影響,根據(jù)機(jī)器人的目標(biāo)性能選取了基節(jié)、大腿和小腿的長度。根據(jù)六足機(jī)器人的應(yīng)用場景,選取了平路快速行走、垂直越障、通過縱坡和側(cè)坡四種工況作為機(jī)器人的典型工況,在每種工況下都進(jìn)行了步態(tài)規(guī)劃,完成了機(jī)器人的虛擬樣機(jī)仿真。仿真結(jié)果顯示,六足機(jī)器人在四種工況下都能穩(wěn)定行走。從仿真得到的各個單腿的足端受力來看,六足機(jī)器人的性能指標(biāo)是可達(dá)到的,并將足端受力作為單腿設(shè)計的約束條件。此外,依據(jù)仿真結(jié)果還對機(jī)器人極限越障能力、坡面行走時的打滑現(xiàn)象和功率消耗情況做了簡單的討論。綜合各種工況下6條腿共18個關(guān)節(jié)的需求轉(zhuǎn)矩,分別得出了擺動關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的需求轉(zhuǎn)矩同關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系,作為單腿設(shè)計的約束條件。在滿足約束的前提下,以液壓缸出力最小為目標(biāo)優(yōu)化了大腿液壓缸和小腿液壓缸的鉸點(diǎn)位置,以峰值流量最小為目標(biāo)優(yōu)化了擺動液壓缸的鉸點(diǎn)位置,得到了單腿的具體結(jié)構(gòu)。按照優(yōu)化后的液壓缸出力要求,結(jié)合有關(guān)設(shè)計規(guī)范,選定了液壓缸的主要參數(shù)。最后搭建并調(diào)試了單腿試驗(yàn)臺,對單腿的運(yùn)動性能做了初步的測試,試驗(yàn)中暴露出了液壓缸位置精度不足,響應(yīng)速度也較慢的問題,未來將應(yīng)用更合理的控制方法提高液壓系統(tǒng)的性能。
[Abstract]:Walking robot is an important branch of ground mobile robot, which has its own unique advantages. Compared with the traditional wheeled robot, the walking robot of the same size can achieve greater obstacle surmounting ability, and can better insulate the influence of the ground undulation on the airborne equipment, because it does not need to overcome the road resistance continuously. Walking robots consume less energy on soft ground. From the point of view of the driving device of the walking robot, the hydraulic system has a large bearing capacity, a light system weight, and it can use a variety of power sources, so it has good self-sustaining power. From the point of view of the number of legs and feet of the walking robot, the six-legged robot is stable. There is a good balance between the bearing capacity and the complexity of the system, so the hydraulic hexapod robot is very suitable as a transportation vehicle in the rough terrain or a novel manned amusement facility. In this paper, the leg structure is designed for such a large bearing, high mobility liquid drive six-legged robot. By investigating the whole layout and single leg structure of the hydraulic driven walking robot at home and abroad, this paper adopts the leg mechanism of series three hinged joints, each leg has three active degrees of freedom, and then the single leg is straightened. The calculation of inverse kinematics. The effect of the proportion of each segment of a single leg on the flexibility of the robot is summarized. The length of the base segment, thigh and calf is selected according to the robot's target performance. According to the application scene of the hexapod robot, we select the fast walking path and the vertical obstacle, and take the longitudinal slope and the side slope as the typical conditions of the robot, and carry out the gait planning under each condition. The virtual prototype simulation of the robot is completed. The simulation results show that the hexapod robot can walk stably under four conditions. According to the simulation results, the performance index of the six-legged robot can be achieved, and the force on the foot end is taken as the constraint condition of the single-leg design. In addition, according to the simulation results, the limit obstacle surmounting ability of the robot, the skidding phenomenon and the power consumption of the robot when walking on the slope are simply discussed. According to the requirement torque of 18 joints of 6 legs under various working conditions, the relationship between the torque requirement of swing joint, thigh joint and knee joint and the angle of joint rotation is obtained, which is the constraint condition of single leg design. On the premise of satisfying the constraint, the hinge position of the hydraulic cylinder and the shank hydraulic cylinder is optimized with the aim of minimizing the output force of the hydraulic cylinder, and the hinge position of the oscillating hydraulic cylinder is optimized with the minimum peak flow rate as the target, and the concrete structure of the single leg is obtained. The main parameters of the hydraulic cylinder are selected according to the requirements of the optimized hydraulic cylinder and the relevant design specifications. Finally, the single leg test bench was built and debugged, and the motion performance of one leg was preliminarily tested. The problems of insufficient position accuracy and slow response speed of hydraulic cylinder were exposed in the test. In the future, more reasonable control methods will be applied to improve the performance of hydraulic system.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：1801171