混合驅(qū)動型腿部機構(gòu)的設(shè)計與實驗研究.pdf

1、隨著移動機器人應(yīng)用范圍的不斷擴展，在高山叢林作戰(zhàn)、荒原濕地考察、防災(zāi)救援排爆等應(yīng)用場合對機器人靈活機動性和環(huán)境適應(yīng)性的要求越來越高，研究和探索具有高效能的多足移動機構(gòu)成為了當(dāng)前多足機器人領(lǐng)域亟待解決的迫切問題。傳統(tǒng)意義上的多足機器人采用伺服控制的開鏈機構(gòu)作為多足移動機構(gòu)，由于關(guān)節(jié)驅(qū)動器需要不停做往復(fù)運動，不斷克服慣性做功，能量在正反轉(zhuǎn)切換過程中損失極大，因此難以實現(xiàn)機器人的快速步態(tài)?；谝陨峡紤]，在對過去所研制的仿生關(guān)節(jié)型四足機器人進行

2、實驗測試和理論研究的基礎(chǔ)上，提出了“混合驅(qū)動型多足移動機構(gòu)”的設(shè)計概念?；旌向?qū)動型多足移動機構(gòu)是一類多自由度機構(gòu)，由單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的大功率普通動力源和隨動控制的伺服動力源進行混合驅(qū)動，大功率普通動力源帶動曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動;伺服動力源實時調(diào)節(jié)機構(gòu)末端點的運動軌跡，從而實現(xiàn)多足機器人的步態(tài)控制。本文綜合傳統(tǒng)機械系統(tǒng)和全伺服機械系統(tǒng)的優(yōu)點，設(shè)計出了基于混合驅(qū)動機構(gòu)的四足機器人，既能夠?qū)崿F(xiàn)快速移動，同時也具有良好的靈活機動能力。
　　本文首先綜

3、述了移動機器人和混合驅(qū)動機構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了目前多足機器人研究領(lǐng)域遇到的瓶頸問題。為了提高多足機器人的移動效率，在機器人腿部機構(gòu)的設(shè)計中引入了混合驅(qū)動機構(gòu)。研究內(nèi)容主要包括:平面閉鏈連桿機構(gòu)的構(gòu)型綜合、混合驅(qū)動機構(gòu)的運動學(xué)分析、機電耦合建模與虛擬樣機仿真技術(shù)、機構(gòu)執(zhí)行器軌跡規(guī)劃方法與實驗研究等。
　　平面閉鏈連桿機構(gòu)的構(gòu)型綜合，分析了單自由度連桿機構(gòu)與兩自由度連桿機構(gòu)的構(gòu)型綜合，并且給出了各種類型的縮圖形式和結(jié)構(gòu)簡圖。接著分析了

4、平面四桿機構(gòu)和混合驅(qū)動五桿機構(gòu)的機構(gòu)分類，重點對混合驅(qū)動七桿機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)分析。
　　混合驅(qū)動機構(gòu)的運動學(xué)分析分為正運動學(xué)分析和逆運動學(xué)分析。正運動學(xué)分析，已知機構(gòu)結(jié)構(gòu)型式和尺寸參數(shù)，通過給定驅(qū)動桿件的運動規(guī)律，求解得到從動桿件的位移、速度和加速度，得到了機構(gòu)執(zhí)行器的工作空間和軌跡曲線簇，利用雅克比矩陣分析了機構(gòu)的速度特性和影響速度特性的主要因素。逆運動學(xué)分析，通過給定機構(gòu)執(zhí)行器的運動軌跡和常速電機的轉(zhuǎn)速，求解得到伺服電機的角位移

5、、角速度和角加速度。
　　機電耦合建模與虛擬樣機仿真技術(shù)，利用拉格朗日方法建立了混合驅(qū)動機構(gòu)的動力學(xué)方程。由于實際過程中電機的動力特性直接影響整體機構(gòu)的運動精度，因此有必要引入電機的動力學(xué)方程，進行機電耦合建模。在ADAMS軟件中對機電耦合模型進行仿真分析，得到了不同電壓下電機電流和曲柄角速度的變化曲線。
　　機構(gòu)執(zhí)行器軌跡規(guī)劃方法與實驗研究，分別介紹了基于逆運動學(xué)分析和基于軌跡曲線簇的軌跡規(guī)劃方法。利用混合驅(qū)動五桿機構(gòu)實驗