新型四足步行机器人的步态规划与实验研究

发布时间：2017-12-17 02:11

  本文关键词：新型四足步行机器人的步态规划与实验研究

  更多相关文章： 四足步行机器人 串并混联机构 运动学正反解 轨迹规划 步态规划 ADAMS仿真

【摘要】：在地球上,陆地面积的50%以上都是山地和丘陵等复杂的地形环境,人和动物的进化也逐渐适应了这样的环境,而足式机器人能够像人和动物一样具有较高的灵活性和适应性等特点,比履带式和轮式机器人更能适应复杂的环境。四足机器人的运动灵活,无论是从稳定性和负载能力还是从控制的难易程度都具有较高的综合性能和研究价值。四足机器人大多采用串联或者并联的腿部机构,由于各自机构自身的局限性,因而其性能也受到一定的影响,因此兼具两者优点的串并混联机构的研究和开发应运而生。步态规划是四足机器人能够稳定行走的基础,是对机器人进行控制的前提,也是四足机器人研究领域的一项重要内容。本课题以一种新型串并混联四足步行机器人为研究平台,对其进行了运动学正反解分析、步态规划和实验的研究。主要研究工作如下:对新型串并混联四足机器人进行了机构描述,并分析了其特点。建立了混联腿的运动学位置正、反解模型,求解了四足步行机器人整机的运动学反解模型并仿真验证了其正确性。在此基础上对该机器人的串并混联腿的轨迹规划问题展开研究。针对机器人足端轨迹规划问题中的冲击现象,运用基于高次多项式的无冲击轨迹规划算法,该算法具有高次多项式连续性的特点,能够减少机器人起步时足端与地面之间的冲击以及在运动过程中“急动”现象。并对四足机器人的支撑相和摆动相进行了轨迹规划,在后续的仿真中验证了方法的正确性。步态规划是对机器人进行控制的基础。根据占空比β可以把机器人的步态分为静步态和动步态两种。本课题采用典型的walk步态完成了对四足步行机器人的静步态规划。利用无冲击轨迹规划算法对walk步态进行了步态规划,建立了四足机器人的无冲击轨迹规划算法的足端方程,并利用运动学反解模型求解出各个腿的驱动参数。采用ADAMS对四足机器人的walk步态进行了仿真实验和分析,结果显示:四足机器人能够完成walk步态的运动。对于四足机器人的动步态规划,采用的典型trot步态作为本课题研究的动步态。利用无冲击轨迹规划算法对四足机器人的trot步态进行了步态规划,建立其足端方程,并求解出各个腿的驱动参数。trot步态的仿真试验,实现了其在平坦地面的行走。但是运动过程中存在后腿拖地的问题,针对该问题对机器人的支撑腿进行了重新的规划,改变运动过程中整机的重心位置。结果表明:重新规划后的trot步态后退拖地问题得到明显的改善,且四足机器人能够完成trot步态平稳运动。最后开发了四足机器人试验平台,包括单腿和整机实验平台。基于Windows操作平台采用C#开发了单腿的控制系统和整机的控制系统,整个控制系统的硬件采用PC机结合Trio运动控制器的方式。之后利用开发的系统和试验平台对四足机器人进行了单腿和整机的实验研究。实验表明机器人能够完成所规划的步态运动。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：1298335