本文關(guān)鍵詞：基于虛擬樣機(jī)的四足機(jī)器人設(shè)計與步態(tài)研究

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【摘要】：地面無人偵測平臺近年來已經(jīng)成為軍用機(jī)器人研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。與輪式、履帶式移動機(jī)器人平臺相比,四足機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)和步態(tài)規(guī)劃兩個方面擁有獨(dú)特的仿生學(xué)優(yōu)勢。參考自然界中四足哺乳動物和爬行動物的生物結(jié)構(gòu)、行走原理,設(shè)計出負(fù)載能力強(qiáng)、行走穩(wěn)定快速、能量消耗低的四足機(jī)器人是國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的重點(diǎn)研究課題。本文以四足步行機(jī)器人為研究對象,結(jié)合模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念,設(shè)計了一種單腿具有5個自由度的四足機(jī)器人移動平臺,利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和步態(tài)規(guī)劃進(jìn)行研究,分析四足機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性。根據(jù)D-H參數(shù)法建立了四足機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型,完成正運(yùn)動學(xué)方程的分析推導(dǎo),并針對冗余機(jī)械腿結(jié)構(gòu)采用梯度投影法對機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)進(jìn)行分析,為后續(xù)步態(tài)規(guī)劃和足端軌跡選擇提供理論支持。分別對四足機(jī)器人常見的靜態(tài)爬行步態(tài)(Walk步態(tài))和動態(tài)對角步態(tài)(Trot步態(tài))進(jìn)行規(guī)劃研究,結(jié)合基于復(fù)合擺線的足端運(yùn)動軌跡,在MATLAB中編程求解兩種步態(tài)下機(jī)械腿各關(guān)節(jié)變量隨時間的運(yùn)動函數(shù)關(guān)系以此作為后續(xù)四足機(jī)器人虛擬樣機(jī)仿真的驅(qū)動輸入。為了驗證步態(tài)規(guī)劃的合理性以及了解行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性,將四足機(jī)器人的三維模型導(dǎo)入到動力學(xué)仿真軟件ADAMS中,根據(jù)步態(tài)規(guī)劃內(nèi)容添加機(jī)構(gòu)材料屬性、驅(qū)動約束等信息完成機(jī)器人動力學(xué)建模工作,并利用MATLAB對復(fù)雜控制系統(tǒng)的計算分析能力在MATLAB/Simulink環(huán)境中搭建四足機(jī)器人聯(lián)合仿真平臺,分別模擬爬行步態(tài)和對角步態(tài)的運(yùn)動過程,得到機(jī)體位移、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、力矩等信息,為后續(xù)研究工作提供參考。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(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：1301999