基于串并混联机构的四轮足步行机器人研究
发布时间：2023-05-04 04:58
轮足复合机器人由于既可以采用轮式实现快速高效的移动,又可以采用足式实现越障行走,具有很好地运动灵活性和较强的环境适应能力,因此成为当下具有较高应用价值和研究价值的移动机器人之一。本文致力于研究一款将串并混联机构作为腿部构型的轮足复合机器人,使其具备较好的运动性能和较大的承载能力,可用来帮助人类在危险、困难的环境下完成多种任务。本文的主要研究内容如下:首先,从仿生学的角度,确定了机器人的足数为4、每条腿的自由度为3,在此基础上提出了一种基于串并混联机构的轮足复合式机械腿构型,进而完成了机器人整机的构型设计,并通过自由度分析,确认该机器人能够满足行走要求;在对摆动腿进行位置分析的基础上,求解出该腿部机构的工作空间,并分析了各主要参数对工作空间性能的影响;通过求解腿部机构的雅可比矩阵条件数,对该机械腿的运动性能进行了研究;综合上述分析,确定了该机器人的各部分尺寸参数,完成了整机的机械结构设计。其次,推导了腿部机构足端点与各驱动单元之间的雅可比矩阵,求解出大腿杆、小腿杆和三个电动推杆质心角速度和线速度,以及足端点的速度和加速度;利用软件建立了腿部机构的仿真模型,对其进行运动学联合仿真;利用拉格...
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 四足机器人及轮足复合机器人国内外研究现状
1.2.1 四足机器人研究现状
1.2.2 轮足复合机器人研究现状
1.3 串并混联机构国内外研究现状
1.4 机器人CPG控制国内外研究现状
1.5 本文的主要研究内容
第2章 四轮足步行机器人构型及参数设计
2.1 引言
2.2 机器人腿部机构及整机构型设计
2.2.1 腿部机构构型设计
2.2.2 腿部机构自由度分析
2.2.3 整机构型设计及自由度分析
2.3 机器人虚拟样机设计
2.3.1 腿部样机设计
2.3.2 整机样机设计
2.4 机器人位置分析
2.4.1 腿部机构位置分析
2.4.2 整机位置分析
2.5 腿部机构工作空间分析
2.5.1 工作空间求解
2.5.2 各尺寸参数对工作空间影响分析
2.6 腿部机构雅可比矩阵及性能指标分析
2.7 本章小结
第3章 四轮足步行机器人运动学与动力学分析
3.1 引言
3.2 运动学分析
3.2.1 广义速度雅可比矩阵
3.2.2 各杆件速度分析
3.2.3 足端点加速度分析
3.2.4 四轮足步行机器人运动学反解分析
3.2.5 四轮足步行机器人运动学仿真
3.3 动力学分析
3.3.1 四轮足步行机器人腿部机构动力学分析
3.3.2 四轮足步行机器人整机动力学分析
3.3.3 四轮足步行机器人动力学仿真
3.4 本章小结
第4章 四轮足步行机器人轨迹规划与步态规划研究
4.1 引言
4.2 四轮足步行机器人足端轨迹规划
4.2.1 常规轨迹规划
4.2.2 越障轨迹规划
4.2.3 爬台阶轨迹规划
4.3 四轮足机器人稳定性研究
4.3.1 静态稳定性分析
4.3.2 动态稳定性分析
4.4 四轮足步行机器人步态规划
4.4.1 四轮足机器人慢走步态
4.4.2 四轮足机器人对角小跑步态
4.4.3 四轮足机器人爬坡及爬台阶步态
4.4.4 四轮足机器人转弯步态
4.5 本章小结
第5章 基于CPG模型的步态生成与控制
5.1 引言
5.2 CPG模型选取及构建
5.2.1 模型选取及参数分析
5.2.2 单腿CPG控制模型
5.2.3 整机CPG步态控制模型构建
5.3 行走步态CPG生成及仿真
5.3.1 CPG步态生成及步态变换
5.3.2 行走步态仿真
5.4 转弯步态CPG生成及仿真
5.4.1 原地转弯步态分析
5.4.2 弯道转弯步态分析
5.4.3 转弯步态CPG模型及仿真
5.5 本章小结
第6章 四轮足步行机器人单腿样机及实验研究
6.1 引言
6.2 机器人单腿样机系统
6.2.1 单腿样机机械系统
6.2.2 单腿样机控制系统
6.3 单腿样机实验研究
6.3.1 控制系统调试实验
6.3.2 误差标定实验
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
本文编号：3807997
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 四足机器人及轮足复合机器人国内外研究现状
1.2.1 四足机器人研究现状
1.2.2 轮足复合机器人研究现状
1.3 串并混联机构国内外研究现状
1.4 机器人CPG控制国内外研究现状
1.5 本文的主要研究内容
第2章 四轮足步行机器人构型及参数设计
2.1 引言
2.2 机器人腿部机构及整机构型设计
2.2.1 腿部机构构型设计
2.2.2 腿部机构自由度分析
2.2.3 整机构型设计及自由度分析
2.3 机器人虚拟样机设计
2.3.1 腿部样机设计
2.3.2 整机样机设计
2.4 机器人位置分析
2.4.1 腿部机构位置分析
2.4.2 整机位置分析
2.5 腿部机构工作空间分析
2.5.1 工作空间求解
2.5.2 各尺寸参数对工作空间影响分析
2.6 腿部机构雅可比矩阵及性能指标分析
2.7 本章小结
第3章 四轮足步行机器人运动学与动力学分析
3.1 引言
3.2 运动学分析
3.2.1 广义速度雅可比矩阵
3.2.2 各杆件速度分析
3.2.3 足端点加速度分析
3.2.4 四轮足步行机器人运动学反解分析
3.2.5 四轮足步行机器人运动学仿真
3.3 动力学分析
3.3.1 四轮足步行机器人腿部机构动力学分析
3.3.2 四轮足步行机器人整机动力学分析
3.3.3 四轮足步行机器人动力学仿真
3.4 本章小结
第4章 四轮足步行机器人轨迹规划与步态规划研究
4.1 引言
4.2 四轮足步行机器人足端轨迹规划
4.2.1 常规轨迹规划
4.2.2 越障轨迹规划
4.2.3 爬台阶轨迹规划
4.3 四轮足机器人稳定性研究
4.3.1 静态稳定性分析
4.3.2 动态稳定性分析
4.4 四轮足步行机器人步态规划
4.4.1 四轮足机器人慢走步态
4.4.2 四轮足机器人对角小跑步态
4.4.3 四轮足机器人爬坡及爬台阶步态
4.4.4 四轮足机器人转弯步态
4.5 本章小结
第5章 基于CPG模型的步态生成与控制
5.1 引言
5.2 CPG模型选取及构建
5.2.1 模型选取及参数分析
5.2.2 单腿CPG控制模型
5.2.3 整机CPG步态控制模型构建
5.3 行走步态CPG生成及仿真
5.3.1 CPG步态生成及步态变换
5.3.2 行走步态仿真
5.4 转弯步态CPG生成及仿真
5.4.1 原地转弯步态分析
5.4.2 弯道转弯步态分析
5.4.3 转弯步态CPG模型及仿真
5.5 本章小结
第6章 四轮足步行机器人单腿样机及实验研究
6.1 引言
6.2 机器人单腿样机系统
6.2.1 单腿样机机械系统
6.2.2 单腿样机控制系统
6.3 单腿样机实验研究
6.3.1 控制系统调试实验
6.3.2 误差标定实验
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
本文编号：3807997
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3807997.html
