一種輪腿式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、輪腿式移動(dòng)機(jī)器人結(jié)合了輪式機(jī)器人在平坦路面運(yùn)動(dòng)靈活高效的特點(diǎn)和腿式機(jī)器人越障能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外復(fù)雜環(huán)境中，執(zhí)行偵察、探測(cè)、信息采集等任務(wù)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種輪腿式移動(dòng)機(jī)器人，對(duì)其進(jìn)行了建模、仿真、理論分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析，機(jī)器人由前輪腿模塊、后輪腿模塊和軀干模塊三部分組成，具有上下左右對(duì)稱和主動(dòng)柔性軀干的特點(diǎn)。對(duì)機(jī)器人腿式步行運(yùn)動(dòng)以及越障能力進(jìn)行了分析，初步得

2、到機(jī)器人步長理論值為28.7cm，翻越障礙物的最大高度為13.2cm。
　　其次，設(shè)計(jì)了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。此外，針對(duì)輪腿式移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種控制接口。基于Kinect的體感控制接口，設(shè)計(jì)了十一種控制姿勢(shì)，并提出了一種人體姿勢(shì)識(shí)別算法，將控制姿勢(shì)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制命令，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制?；贏ndroid平臺(tái)開發(fā)了機(jī)器人的軟件控制界面，通過WiFi實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人控制命令的發(fā)送和攝像

3、頭視頻數(shù)據(jù)的采集。
　　最后，對(duì)機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)性能和兩種控制接口的實(shí)際效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。采用基于Android平臺(tái)的控制接口對(duì)機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn)。機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)包括輪式和腿式直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，輪式和腿式轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，以及越障實(shí)驗(yàn)。(1)直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明輪式直線運(yùn)動(dòng)最大速度為28.7cm/s，三秒運(yùn)動(dòng)距離為86.3cm時(shí)，平均偏移距離約為2.7cm;腿式直線運(yùn)動(dòng)的平均步長為27.1cm，三個(gè)步態(tài)周期的運(yùn)動(dòng)距離為

4、81.3cm時(shí)，平均偏移距離為3.0cm。(2)輪式和腿式轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同時(shí)間內(nèi)輪式和腿式轉(zhuǎn)彎的角度隨著中間軀干關(guān)節(jié)在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大，轉(zhuǎn)彎半徑隨著軀干旋轉(zhuǎn)角度的增大而減小，主動(dòng)柔性軀干關(guān)節(jié)有效提高了機(jī)器人輪式和腿式轉(zhuǎn)彎的靈活性。(3)機(jī)器人越障實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)器人可以翻越障礙物的最大高度為10cm。另外，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)傾覆時(shí)可通過改變運(yùn)動(dòng)步態(tài)實(shí)現(xiàn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證了該機(jī)器人機(jī)構(gòu)對(duì)稱設(shè)計(jì)的優(yōu)越性和機(jī)器人較強(qiáng)的環(huán)境適