林間四足步行機的步態(tài)規(guī)劃與建模仿真研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對機械的自動化要求越來越高，為了提高林間作業(yè)效率，人們開始重視營林機器的機械化和自動化。由于我國森林地形條件和作業(yè)環(huán)境都比較復雜，履帶式和輪式移動機械均存在一些弊端，如輪式移動機械不適合崎嶇或松軟的地形條件，而履帶式移動機械的越障能力比較差等。因此，亟待研制一種能在林間復雜的地形條件下行走的步行機，以滿足作業(yè)需求。近年來，在機器人研究領(lǐng)域，多足步行機日益受到人們的關(guān)注，成為機器人研究的一個重要分支。目前，常見的步行機

2、有二足、四足和六足式。其中，四足步行機結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好且承載能力強，不儀可以實現(xiàn)靜態(tài)緩慢步行，而且還能實現(xiàn)動態(tài)高速行走。本文提出了一種用于林間作業(yè)的四足步行機機械本體結(jié)構(gòu)方案，并進行了深入分析和研究。
　　本文在對國內(nèi)外四足步行機的歷史及現(xiàn)狀分析與總結(jié)的基礎(chǔ)上，基于仿生學原理，提出了一種新型林間四足步行機的結(jié)構(gòu)模型，并給出了總體設計方案。對四足步行機進行了步態(tài)規(guī)劃，確定了對角小跑的動態(tài)步態(tài)，并對其步態(tài)的穩(wěn)定性進行了研究，明確了影

3、響其穩(wěn)定性的主要因素。
　　建立了林間四足步行機的運動學模型，運用D-H法研究四足步行機的運動學問題，給出了運動學方程的正解，進一步探討了步行機的運動特性，得出了林間四足步行機的速度雅可比矩陣。建立了四足步行機的動力學模型，選用拉格朗日功能平衡法，分析并推導了四足步行機腿部連桿機構(gòu)的動力學方程并進行了部分求解。
　　利用虛擬樣機技術(shù)，在Solid works環(huán)境下建立了林間四足步行機的三維虛擬模型，進行對角小跑步態(tài)的模擬仿真

4、，驗證運動規(guī)劃的可行性，為整機結(jié)構(gòu)的改進提供依據(jù)。將四足步行機的三維模型，導入ADAMS軟件中，根據(jù)實際情況添加需要的物理參數(shù)，在ADAMS軟件中對四足步行機進行運動仿真研究。然后，對本文研究的林間四足步行機進行了加工制造與裝配，并在實驗室條件下進行了步態(tài)試驗。實驗表明，該林間四足步行機可以實現(xiàn)規(guī)劃的步態(tài)，并滿足步長和越障高度的設計要求。
　　最后，對林間四足步行機的殼體結(jié)構(gòu)特性進行了研究。設計了步行機的外部殼體造型，建立了步行機