輪腿式外星探測機器人的機構(gòu)設(shè)計與步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、當(dāng)前,月球、火星等地外星體的探測已經(jīng)成為國際熱點,外星探測機器人作為重要手段正在得到越來越多的關(guān)注。目前,國際上研發(fā)和設(shè)計的外星探測機器人基本上都采用六輪搖臂轉(zhuǎn)向架式結(jié)構(gòu)。在中國航天集團第八研究院相關(guān)課題的支持下,本文以火星探測用機器人為研究對象開展研究,取得以下成果:
　　在分析火星探測機器人移動系統(tǒng)的基本技術(shù)要求和指標(biāo)基礎(chǔ)上,提出了一種以五桿機構(gòu)為核心的輪腿式機器人移動平臺方案,通過輪與腿的結(jié)合,使該機器人具有豐富的步態(tài)類型,

2、兼具輪式運動與腿式運動的優(yōu)點,具有良好的地形適應(yīng)能力、能耗特性以及穩(wěn)定性。
　　對輪腿式外星探測機器人進(jìn)行了運動學(xué)建模,建立了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角與足部坐標(biāo)之間的關(guān)系;采用拉格朗日法對機器人進(jìn)行了動力學(xué)建模,建立了機器人各關(guān)節(jié)力矩與機器人行走的加速度關(guān)系,為足端軌跡規(guī)劃和能耗分析提供了依據(jù)。
　　分析了輪腿式機器人的單腿工作空間、跨溝能力、越障能力、折疊性能、能耗,建立了跨溝、越障能力以及折疊性能與機器人基本尺寸之間的關(guān)系,形成了性能評

3、價指標(biāo)體系。
　　考慮到地形適應(yīng)能力以及能耗的要求,從機器人行走中的各足狀態(tài)與步態(tài)類型之間的關(guān)系出發(fā),建立了一種以矩陣來描述步態(tài)、進(jìn)而描述機器人行走過程的方法,將機器人的行走過程矩陣化,通過矩陣遞推算法實現(xiàn)了機器人步態(tài)的動態(tài)生成。在此基礎(chǔ)上,基于時變NURBS運動曲線表達(dá)方法建立了滿足位置、速度、加速度等約束條件的步態(tài)軌跡規(guī)劃方法。
　　在步態(tài)規(guī)劃基礎(chǔ)上,對輪腿式機器人的基本步態(tài)以及各種工況下機器人的性能進(jìn)行了仿真實驗研究,