兩棲機器人步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、兩棲機器人能在陸地、水中和水陸過渡環(huán)境中推進，具有極強的環(huán)境適應能力，可以充當兩棲環(huán)境中偵察、勘探、通訊、救援等任務的載體，代替人類執(zhí)行農(nóng)田病蟲害監(jiān)控、抗震救災、海洋資源探測、兩棲戰(zhàn)場排雷等任務，應用前景非常廣闊。目前，兩棲機器人的研究主要集中于單一環(huán)境下推進機構的設計和推進機理研究，對于能夠?qū)崿F(xiàn)兩棲運動的復合推進機構以及機器人在過渡環(huán)境中運動的研究還比較少。因此，兩棲機器人的復合推進機構的研究和水陸過渡環(huán)境中運動性能的探索有著重要的研

2、究意義。
　　本文提出了一種新型的基于復合推進機構兩棲機器人，對機器人進行了運動學分析，對機器人在陸地、水下和水陸過渡環(huán)境中的運動進行步態(tài)規(guī)劃，并在不同環(huán)境下對機器人的推進性能進行了實驗研究。本論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)兩棲機器人AmphiHex的系統(tǒng)設計。通過對當前兩棲機器人推進方式的研究，設計了一種在陸地由弧形腿推進，在水下由槳式腿推進的兩棲機器人AmphiHex，包括機器人變形腿的設計、機器人整體結構設

3、計、控制系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設計以及控制系統(tǒng)軟件設計。
　　(2)對AmphiHex的弧形腿模型進行運動學分析和動力學分析。建立了弧形腿的運動學模型，計算了機器人推進速度與弧形腿運動的關系，探究了弧形腿的不同的運動參數(shù)對機器人姿態(tài)的影響，并對機器人在陸地上的運動模型進行了動力學分析。
　　(3)兩棲機器人AmphiHex步態(tài)規(guī)劃。通過對AmphiHex步態(tài)參數(shù)的研究，設計了機器人在不同環(huán)境中的步態(tài)，包括陸地上的三角步態(tài)、四足步態(tài)、六

4、足同步步態(tài)，水下的前進、后退、轉(zhuǎn)向等步態(tài)，以及過渡環(huán)境中的復合步態(tài)，研究了機器人的步態(tài)轉(zhuǎn)換方案。
　　(4) AmphiHex推進性能進行測試。AmphiHex在平地上的最大推進速度為0.48m/s，能爬上斜坡的最大角度為35°，能夠越過高度為180mm的障礙物，可以爬上單級臺階低于160mm的樓梯。機器人可以實現(xiàn)水下的各種機動動作，在靜水中的最大推進速度為0.25m/s，能在水陸過渡環(huán)境中實現(xiàn)水陸運動轉(zhuǎn)換，并能以復合步態(tài)在實現(xiàn)登