發(fā)布時間：2017-12-17 02:11

  本文關(guān)鍵詞：新型四足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：在地球上,陸地面積的50%以上都是山地和丘陵等復(fù)雜的地形環(huán)境,人和動物的進(jìn)化也逐漸適應(yīng)了這樣的環(huán)境,而足式機(jī)器人能夠像人和動物一樣具有較高的靈活性和適應(yīng)性等特點(diǎn),比履帶式和輪式機(jī)器人更能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。四足機(jī)器人的運(yùn)動靈活,無論是從穩(wěn)定性和負(fù)載能力還是從控制的難易程度都具有較高的綜合性能和研究價值。四足機(jī)器人大多采用串聯(lián)或者并聯(lián)的腿部機(jī)構(gòu),由于各自機(jī)構(gòu)自身的局限性,因而其性能也受到一定的影響,因此兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究和開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。步態(tài)規(guī)劃是四足機(jī)器人能夠穩(wěn)定行走的基礎(chǔ),是對機(jī)器人進(jìn)行控制的前提,也是四足機(jī)器人研究領(lǐng)域的一項重要內(nèi)容。本課題以一種新型串并混聯(lián)四足步行機(jī)器人為研究平臺,對其進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)正反解分析、步態(tài)規(guī)劃和實(shí)驗(yàn)的研究。主要研究工作如下:對新型串并混聯(lián)四足機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)構(gòu)描述,并分析了其特點(diǎn)。建立了混聯(lián)腿的運(yùn)動學(xué)位置正、反解模型,求解了四足步行機(jī)器人整機(jī)的運(yùn)動學(xué)反解模型并仿真驗(yàn)證了其正確性。在此基礎(chǔ)上對該機(jī)器人的串并混聯(lián)腿的軌跡規(guī)劃問題展開研究。針對機(jī)器人足端軌跡規(guī)劃問題中的沖擊現(xiàn)象,運(yùn)用基于高次多項式的無沖擊軌跡規(guī)劃算法,該算法具有高次多項式連續(xù)性的特點(diǎn),能夠減少機(jī)器人起步時足端與地面之間的沖擊以及在運(yùn)動過程中“急動”現(xiàn)象。并對四足機(jī)器人的支撐相和擺動相進(jìn)行了軌跡規(guī)劃,在后續(xù)的仿真中驗(yàn)證了方法的正確性。步態(tài)規(guī)劃是對機(jī)器人進(jìn)行控制的基礎(chǔ)。根據(jù)占空比β可以把機(jī)器人的步態(tài)分為靜步態(tài)和動步態(tài)兩種。本課題采用典型的walk步態(tài)完成了對四足步行機(jī)器人的靜步態(tài)規(guī)劃。利用無沖擊軌跡規(guī)劃算法對walk步態(tài)進(jìn)行了步態(tài)規(guī)劃,建立了四足機(jī)器人的無沖擊軌跡規(guī)劃算法的足端方程,并利用運(yùn)動學(xué)反解模型求解出各個腿的驅(qū)動參數(shù)。采用ADAMS對四足機(jī)器人的walk步態(tài)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和分析,結(jié)果顯示:四足機(jī)器人能夠完成walk步態(tài)的運(yùn)動。對于四足機(jī)器人的動步態(tài)規(guī)劃,采用的典型trot步態(tài)作為本課題研究的動步態(tài)。利用無沖擊軌跡規(guī)劃算法對四足機(jī)器人的trot步態(tài)進(jìn)行了步態(tài)規(guī)劃,建立其足端方程,并求解出各個腿的驅(qū)動參數(shù)。trot步態(tài)的仿真試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了其在平坦地面的行走。但是運(yùn)動過程中存在后腿拖地的問題,針對該問題對機(jī)器人的支撐腿進(jìn)行了重新的規(guī)劃,改變運(yùn)動過程中整機(jī)的重心位置。結(jié)果表明:重新規(guī)劃后的trot步態(tài)后退拖地問題得到明顯的改善,且四足機(jī)器人能夠完成trot步態(tài)平穩(wěn)運(yùn)動。最后開發(fā)了四足機(jī)器人試驗(yàn)平臺,包括單腿和整機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺�；赪indows操作平臺采用C#開發(fā)了單腿的控制系統(tǒng)和整機(jī)的控制系統(tǒng),整個控制系統(tǒng)的硬件采用PC機(jī)結(jié)合Trio運(yùn)動控制器的方式。之后利用開發(fā)的系統(tǒng)和試驗(yàn)平臺對四足機(jī)器人進(jìn)行了單腿和整機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明機(jī)器人能夠完成所規(guī)劃的步態(tài)運(yùn)動。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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