輪足混合式四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與跟蹤控制的研究.pdf

1、近年來，災(zāi)難時(shí)常發(fā)生，人們所面對(duì)的被災(zāi)難破壞的環(huán)境復(fù)雜危險(xiǎn)。為完成搜救任務(wù)，同時(shí)保證搜救人員的安全，我們希望機(jī)器人能夠代替人到最危險(xiǎn)的環(huán)境中完成救援任務(wù)。本課題就是圍繞“搜索救援”這一主題，以輪-足混合式移動(dòng)機(jī)器人為載體，研究機(jī)器人在復(fù)雜路況中的運(yùn)動(dòng)情況。
　　本文首先在Pro/E中構(gòu)建機(jī)器人的三維模型，然后將此三維模型導(dǎo)入到ADAMS中產(chǎn)生虛擬樣機(jī)模型，這個(gè)虛擬樣機(jī)模型是本文研究的對(duì)象。隨后，我們分析了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)，研究了機(jī)器

2、人腿的結(jié)構(gòu)圖。在不同路況下，機(jī)器人的軀干與地面平行或者有夾角，根據(jù)這種差別我們分別推導(dǎo)出hip關(guān)節(jié)處的坐標(biāo)以及腿末端點(diǎn)坐標(biāo)與腿的三個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的關(guān)系。根據(jù)這種關(guān)系，規(guī)劃出機(jī)器人在平面運(yùn)動(dòng)的兩種步態(tài):COG后退步態(tài)、S形步態(tài)，并將這兩種步態(tài)應(yīng)用到上下樓梯中。
　　COG后退步態(tài)要求機(jī)器人在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)進(jìn)行多次軀干的調(diào)整，這個(gè)調(diào)整使機(jī)器人的COG向后移動(dòng)，因此機(jī)器人在該步態(tài)下，速度會(huì)出現(xiàn)有正有負(fù)的情況，不過正是由于機(jī)器人的COG

3、向后運(yùn)動(dòng)，為機(jī)器人提供了足夠的穩(wěn)定余量，使機(jī)器人在這種步態(tài)方法下?lián)碛泻艽蟮目缭骄嚯x。S形步態(tài)相對(duì)于COG后退步態(tài)而言相對(duì)簡單得多，S形步態(tài)在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)調(diào)整的次數(shù)為2次，而且這兩次調(diào)整是對(duì)稱的，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)左邊和右邊的腿的運(yùn)動(dòng)也是對(duì)稱的。不過S形步態(tài)最大的不足就是在該步態(tài)的一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)移動(dòng)距離比較小，因而這種步態(tài)很適合小步快跑的機(jī)器人。
　　對(duì)于混合式機(jī)器人在輪式運(yùn)動(dòng)方面，我們主要研究其對(duì)規(guī)劃好的路徑點(diǎn)的軌跡跟蹤，設(shè)計(jì)了一個(gè)模

4、糊控制器，該模糊控制器有兩個(gè)輸入兩個(gè)輸出，輸入是目標(biāo)點(diǎn)與參考點(diǎn)的距離和方向誤差;輸出是機(jī)器人移動(dòng)的速度和機(jī)器人方向角的變化率。將這兩個(gè)輸出通過速度轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后，變?yōu)檩喪叫≤囎笥逸喌霓D(zhuǎn)動(dòng)角速度，從而驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。通過MATLAB和ADAMS的聯(lián)合仿真，證實(shí)了該控制器的可行性。
　　同時(shí)，我們還分析了機(jī)器人在光滑平面的運(yùn)動(dòng)情況，通過調(diào)節(jié)機(jī)器人關(guān)節(jié)的參數(shù)，機(jī)器人可以像人溜冰一樣在光滑路面以不同的運(yùn)動(dòng)速度前進(jìn);此外，我們對(duì)機(jī)器人在光滑路