腿式移動(dòng)機(jī)器人是通過足端支撐點(diǎn)的交替變化實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能的。這樣的移動(dòng)方式使得腿式移動(dòng)機(jī)器人能夠很好地適應(yīng)崎嶇地形,并能夠攀越一定高度的障礙物。其中四足移動(dòng)機(jī)器人有比雙足移動(dòng)機(jī)器人更強(qiáng)的承載能力、更好的平穩(wěn)性,有比六足等多足移動(dòng)機(jī)器人更大的腿部移動(dòng)空間、更小的機(jī)構(gòu)冗余性和復(fù)雜度。因此,四足移動(dòng)機(jī)器人一直是國(guó)際上移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文設(shè)計(jì)了一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四足移動(dòng)機(jī)器人。四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的機(jī)械腿為2-SPR/RUPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)與平行四邊形機(jī)構(gòu)組合而成的串并混聯(lián)式機(jī)械腿。通過閉環(huán)矢量法與D-H矩陣法,求解得到了2-SPR/RUPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的反解。結(jié)合其空間特性,利用反解進(jìn)行了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸入解耦。根據(jù)粒子群優(yōu)化理論,構(gòu)建了最優(yōu)方程組,求出三組收斂的正解。使用邊界搜索的方法得到2-SPR/RUPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間。對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)反解進(jìn)行求導(dǎo)并整理得到了一階影響系數(shù)矩陣,對(duì)速度求導(dǎo)得到驅(qū)動(dòng)副二階影響系數(shù)矩陣。使用拆桿組的方法,對(duì)每一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行受力分析,構(gòu)建了力平衡方程組。在已知?jiǎng)悠脚_(tái)中心處受到的外力和外力矩時(shí),能夠?qū)γ恳粋�(gè)構(gòu)件受力進(jìn)行求解。根據(jù)機(jī)械腿初始運(yùn)動(dòng)與末了運(yùn)動(dòng)速度、加速度為零的原則進(jìn)行... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

HyQ2Max四足移動(dòng)機(jī)器人Fig.1-2HyQ2Maxquadrupedmobilerobot

中北大學(xué)學(xué)位論文3瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)的ANYmal四足移動(dòng)機(jī)器人如圖1-3所示，其腿部結(jié)構(gòu)使用SEA進(jìn)行關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。它的執(zhí)行器由高扭矩電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)齒輪箱以及旋轉(zhuǎn)彈簧組成。ANYmal的關(guān)節(jié)通過偏移的方式進(jìn)行布置，所有的關(guān)節(jié)都能完全旋轉(zhuǎn)，從而滿足機(jī)器人進(jìn)行大步幅移動(dòng)的需求。Wensing等[9]研制的Cheetah3四足移動(dòng)機(jī)器人如圖1-4所示，它的機(jī)械腿通過PAs驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，能夠在高度動(dòng)態(tài)環(huán)境下進(jìn)行力學(xué)控制。髖關(guān)節(jié)的外展和內(nèi)收由制動(dòng)器和連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)。圖1-3ANYmal四足移動(dòng)機(jī)器人圖1-4Cheetah3四足移動(dòng)機(jī)器人Fig.1-3ANYmalquadrupedmobilerobotFig.1-4Cheetah3quadrupedmobilerobotKenneally等[10]設(shè)計(jì)的Minitaur四足移動(dòng)機(jī)器人直接使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。每條機(jī)械腿有兩個(gè)主動(dòng)自由度，通過連桿連接而成，具有很強(qiáng)的地形適應(yīng)能力，并且這種機(jī)械腿具有高機(jī)械強(qiáng)度、大功率等優(yōu)點(diǎn)。但是，這種四足機(jī)器人的機(jī)械腿在工作效率高時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，容易對(duì)精密零件及控制系統(tǒng)產(chǎn)生損壞，如圖1-5所示。隨著機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)的逐步發(fā)展，機(jī)器人的構(gòu)型及控制技術(shù)也在不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。東京工業(yè)大學(xué)[11]對(duì)展開型鉸接腿進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)出了TITAN系列的四足移動(dòng)機(jī)器人。TITANX3四足機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)輕巧緊湊，能實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)，具有穩(wěn)定性高、運(yùn)動(dòng)范圍大、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，如圖1-6所示。其中，機(jī)械腿最大的特點(diǎn)是引入線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括直流電機(jī)、行星齒輪組、兩條合成纖維電纜以及輸入輸出滑輪。使用線驅(qū)動(dòng)將動(dòng)力傳遞到每個(gè)關(guān)節(jié)，電動(dòng)機(jī)安裝于腿的根部以減小運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，便于后續(xù)拆卸與維護(hù)。引入同步帶作為傳動(dòng)和減速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)偏航。腿部每個(gè)關(guān)節(jié)處都使用碳纖維增強(qiáng)的聚合物制成，不僅強(qiáng)

中北大學(xué)學(xué)位論文3瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)的ANYmal四足移動(dòng)機(jī)器人如圖1-3所示，其腿部結(jié)構(gòu)使用SEA進(jìn)行關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。它的執(zhí)行器由高扭矩電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)齒輪箱以及旋轉(zhuǎn)彈簧組成。ANYmal的關(guān)節(jié)通過偏移的方式進(jìn)行布置，所有的關(guān)節(jié)都能完全旋轉(zhuǎn)，從而滿足機(jī)器人進(jìn)行大步幅移動(dòng)的需求。Wensing等[9]研制的Cheetah3四足移動(dòng)機(jī)器人如圖1-4所示，它的機(jī)械腿通過PAs驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，能夠在高度動(dòng)態(tài)環(huán)境下進(jìn)行力學(xué)控制。髖關(guān)節(jié)的外展和內(nèi)收由制動(dòng)器和連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)。圖1-3ANYmal四足移動(dòng)機(jī)器人圖1-4Cheetah3四足移動(dòng)機(jī)器人Fig.1-3ANYmalquadrupedmobilerobotFig.1-4Cheetah3quadrupedmobilerobotKenneally等[10]設(shè)計(jì)的Minitaur四足移動(dòng)機(jī)器人直接使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。每條機(jī)械腿有兩個(gè)主動(dòng)自由度，通過連桿連接而成，具有很強(qiáng)的地形適應(yīng)能力，并且這種機(jī)械腿具有高機(jī)械強(qiáng)度、大功率等優(yōu)點(diǎn)。但是，這種四足機(jī)器人的機(jī)械腿在工作效率高時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，容易對(duì)精密零件及控制系統(tǒng)產(chǎn)生損壞，如圖1-5所示。隨著機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)的逐步發(fā)展，機(jī)器人的構(gòu)型及控制技術(shù)也在不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。東京工業(yè)大學(xué)[11]對(duì)展開型鉸接腿進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)出了TITAN系列的四足移動(dòng)機(jī)器人。TITANX3四足機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)輕巧緊湊，能實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)，具有穩(wěn)定性高、運(yùn)動(dòng)范圍大、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，如圖1-6所示。其中，機(jī)械腿最大的特點(diǎn)是引入線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括直流電機(jī)、行星齒輪組、兩條合成纖維電纜以及輸入輸出滑輪。使用線驅(qū)動(dòng)將動(dòng)力傳遞到每個(gè)關(guān)節(jié)，電動(dòng)機(jī)安裝于腿的根部以減小運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，便于后續(xù)拆卸與維護(hù)。引入同步帶作為傳動(dòng)和減速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)偏航。腿部每個(gè)關(guān)節(jié)處都使用碳纖維增強(qiáng)的聚合物制成，不僅強(qiáng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]并聯(lián)3-URS踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[J]. 黃鍵,李偉光,莊成忠,蔡文偉.  自動(dòng)化與儀表. 2020(03)
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博士論文
[1]新型五自由度并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)學(xué)分析與控制系統(tǒng)開發(fā)[D]. 鄭魁敬.燕山大學(xué) 2004

碩士論文
[1]并聯(lián)式天線支撐機(jī)構(gòu)的型綜合與性能分析[D]. 王貝.燕山大學(xué) 2018
[2]基于RPR/RRPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輪腿式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能研究[D]. 梁世杰.中北大學(xué) 2018
[3]可重構(gòu)球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)與工作空間求解方法[D]. 趙建文.中北大學(xué) 2017
[4]新型四足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王玉闖.鄭州大學(xué) 2017
[5]仿獵豹四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與足端軌跡規(guī)劃研究[D]. 劉永超.山東大學(xué) 2017
[6]四足小象機(jī)器人實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 鄧?yán)杳?上海交通大學(xué) 2014
[7]6-PUS/UPS并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及理論分析[D]. 蔣俊香.燕山大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3623311