全膝式四足機(jī)器人步態(tài)聯(lián)合仿真與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，其性能得到不斷提升。相比于輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人，足式機(jī)器人具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力、靈活性和承載能力，在工程探險(xiǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域具有良好的運(yùn)用前景。其中，四足機(jī)器人避免了六足、八足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)冗余與復(fù)雜性，又有超兩足機(jī)器人的負(fù)載能力與穩(wěn)定性，成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力主要依賴于機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)控制策略等。本文通過(guò)對(duì)獵豹骨骼和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的分

2、析，確定了四足機(jī)器人的三段式腿部結(jié)構(gòu)。建立了四足機(jī)器人三維模型，并對(duì)四足機(jī)器人單腿進(jìn)行了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)分析。建立了四足機(jī)器人的物理模型，采用Adams和Matlab/Simulink進(jìn)行了Trot步態(tài)和Walk步態(tài)的聯(lián)合仿真分析。最后制作了四足機(jī)器人樣機(jī)，驗(yàn)證了腿部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及步態(tài)設(shè)計(jì)的正確性。本文進(jìn)行了如下主要工作:
　　1.通過(guò)分析獵豹的腿部骨骼及關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，確定了四足機(jī)器人的三段式腿部結(jié)構(gòu)，即單腿具有兩個(gè)主動(dòng)自

3、由度，分別為髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。利用D-H參數(shù)法建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，完成了四足機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，計(jì)算出四足機(jī)器人從機(jī)體到足端的位姿變換矩陣。通過(guò)對(duì)四足機(jī)器人單腿動(dòng)能及勢(shì)能的計(jì)算，運(yùn)用拉格朗日函數(shù)，建立了動(dòng)力學(xué)方程，為制作物理樣機(jī)提供依據(jù)。
　　2.利用Creo建立了四足機(jī)器人的簡(jiǎn)化物理模型，并將其導(dǎo)入到Adams中進(jìn)行參數(shù)定義等設(shè)置;將Adams模型導(dǎo)入到Matlab/Simulink中完成相應(yīng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和S函數(shù)編寫，