空間多面體翻滾機(jī)器人運(yùn)動分析與控制技術(shù)研究.pdf

1、針對現(xiàn)行通用移動機(jī)器人難以適用于行星探測大尺度溝壑、狹窄洞穴等復(fù)雜陸地環(huán)境的現(xiàn)狀,本文主要對一種具有更高的機(jī)動性、隱蔽性和超強(qiáng)的越障能力,且能夠適應(yīng)行星探索復(fù)雜陸地環(huán)境需要的變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十二重四面體機(jī)器人展開研究。該機(jī)器人是由8個外部結(jié)點和1個中心節(jié)點通過26根伸縮連桿連接組成,通過各連桿協(xié)調(diào)伸長和收縮,改變機(jī)器人的構(gòu)型,使機(jī)器人的重心發(fā)生變化,實現(xiàn)機(jī)器人向目標(biāo)方向移動。十二重四面體機(jī)器人雖然具有很大的優(yōu)點,但是其可變幾何桁架機(jī)構(gòu)的多伸縮

2、連桿、多閉鏈、多節(jié)點強(qiáng)耦合機(jī)構(gòu)特征對其運(yùn)動控制提出了挑戰(zhàn)?；诖吮尘?本文主要研究十二重四面體機(jī)器人運(yùn)動控制所涉及的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、運(yùn)動步態(tài)規(guī)劃、控制等關(guān)鍵問題。
　　本文提出一種幾何方法對機(jī)器人運(yùn)動學(xué)位置分析,推導(dǎo)了十二重四面體機(jī)器人理想模型的運(yùn)動學(xué)位置正解和反解。首先考慮一個四面體,已知3個節(jié)點在基坐標(biāo)系中的位置求解出另一個節(jié)點的位置,依次選擇新的四面體,最終求解出十二重四面體機(jī)器人的位置正解。通過兩個實例計算分析驗證了該方法

3、的有效性。
　　詳細(xì)推導(dǎo)了十二重四面體機(jī)器人的雅克比矩陣,為機(jī)器人的運(yùn)動分析、動力學(xué)建模等問題研究奠定了基礎(chǔ)。采用拉格朗日方法推導(dǎo)了十二重四面體機(jī)器人動力學(xué)模型,同時考慮了機(jī)器人節(jié)點與地面接觸的動力學(xué)模型,最后推導(dǎo)出笛卡爾空間機(jī)器人動力學(xué)方程。
　　針對十二重四面體機(jī)器人特性,提出并詳細(xì)規(guī)劃了一種機(jī)器人運(yùn)動步態(tài)。同時運(yùn)用運(yùn)動學(xué)反解方法規(guī)劃了十二重四面體機(jī)器人各連桿的位移軌跡。在ADAMS中建立了機(jī)器人系統(tǒng)模型,采用上述規(guī)劃的

4、軌跡對機(jī)器人運(yùn)動過程進(jìn)行仿真,結(jié)果表明軌跡規(guī)劃是可行且有效的。
　　針對十二重四面體機(jī)器人各連桿之間的相互耦合的特點,采用分散控制策略設(shè)計了連桿控制器。在Matlab中建立控制系統(tǒng)模型,ADAMS中建立機(jī)器人系統(tǒng)模型,基于Matlab和ADAMS聯(lián)合仿真的方法對機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,并詳細(xì)分析了仿真結(jié)果,結(jié)果表明所設(shè)計的獨(dú)立連桿控制器是有效的,能夠使連桿準(zhǔn)確跟蹤期望軌跡。
　　針對十二重四面體機(jī)器人樣機(jī)研制,對機(jī)器人控制