基于虚拟样机的四足机器人设计与步态研究

发布时间：2017-12-17 23:30

  本文关键词：基于虚拟样机的四足机器人设计与步态研究

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【摘要】：地面无人侦测平台近年来已经成为军用机器人研究领域的一大热点。与轮式、履带式移动机器人平台相比,四足机器人在机械结构和步态规划两个方面拥有独特的仿生学优势。参考自然界中四足哺乳动物和爬行动物的生物结构、行走原理,设计出负载能力强、行走稳定快速、能量消耗低的四足机器人是国内外相关学者的重点研究课题。本文以四足步行机器人为研究对象,结合模块化的结构设计理念,设计了一种单腿具有5个自由度的四足机器人移动平台,利用虚拟样机技术对其结构设计和步态规划进行研究,分析四足机器人的运动学、动力学特性。根据D-H参数法建立了四足机器人的运动学模型,完成正运动学方程的分析推导,并针对冗余机械腿结构采用梯度投影法对机器人逆运动学进行分析,为后续步态规划和足端轨迹选择提供理论支持。分别对四足机器人常见的静态爬行步态(Walk步态)和动态对角步态(Trot步态)进行规划研究,结合基于复合摆线的足端运动轨迹,在MATLAB中编程求解两种步态下机械腿各关节变量随时间的运动函数关系以此作为后续四足机器人虚拟样机仿真的驱动输入。为了验证步态规划的合理性以及了解行走机构的运动特性,将四足机器人的三维模型导入到动力学仿真软件ADAMS中,根据步态规划内容添加机构材料属性、驱动约束等信息完成机器人动力学建模工作,并利用MATLAB对复杂控制系统的计算分析能力在MATLAB/Simulink环境中搭建四足机器人联合仿真平台,分别模拟爬行步态和对角步态的运动过程,得到机体位移、关节转角、力矩等信息,为后续研究工作提供参考。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：1301999