基于2-SPR/RUPR并联机构四足移动机器人轨迹规划与越障能力分析
发布时间：2022-02-13 13:52
腿式移动机器人是通过足端支撑点的交替变化实现移动功能的。这样的移动方式使得腿式移动机器人能够很好地适应崎岖地形,并能够攀越一定高度的障碍物。其中四足移动机器人有比双足移动机器人更强的承载能力、更好的平稳性,有比六足等多足移动机器人更大的腿部移动空间、更小的机构冗余性和复杂度。因此,四足移动机器人一直是国际上移动机器人领域的研究热点之一。本文设计了一种基于并联机构的四足移动机器人。四个结构相同的机械腿为2-SPR/RUPR并联机构与平行四边形机构组合而成的串并混联式机械腿。通过闭环矢量法与D-H矩阵法,求解得到了2-SPR/RUPR并联机构的反解。结合其空间特性,利用反解进行了并联机构的输入解耦。根据粒子群优化理论,构建了最优方程组,求出三组收敛的正解。使用边界搜索的方法得到2-SPR/RUPR并联机构的工作空间。对并联机构反解进行求导并整理得到了一阶影响系数矩阵,对速度求导得到驱动副二阶影响系数矩阵。使用拆杆组的方法,对每一个构件进行受力分析,构建了力平衡方程组。在已知动平台中心处受到的外力和外力矩时,能够对每一个构件受力进行求解。根据机械腿初始运动与末了运动速度、加速度为零的原则进行...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HyQ2Max四足移动机器人Fig.1-2HyQ2Maxquadrupedmobilerobot
中北大学学位论文3瑞士联邦理工学院研发的ANYmal四足移动机器人如图1-3所示，其腿部结构使用SEA进行关节的驱动。它的执行器由高扭矩电动机、传动齿轮箱以及旋转弹簧组成。ANYmal的关节通过偏移的方式进行布置，所有的关节都能完全旋转，从而满足机器人进行大步幅移动的需求。Wensing等[9]研制的Cheetah3四足移动机器人如图1-4所示，它的机械腿通过PAs驱动器驱动，能够在高度动态环境下进行力学控制。髋关节的外展和内收由制动器和连杆机构驱动，实现了移动机器人的摆动和扭转。图1-3ANYmal四足移动机器人图1-4Cheetah3四足移动机器人Fig.1-3ANYmalquadrupedmobilerobotFig.1-4Cheetah3quadrupedmobilerobotKenneally等[10]设计的Minitaur四足移动机器人直接使用电动机驱动。每条机械腿有两个主动自由度，通过连杆连接而成，具有很强的地形适应能力，并且这种机械腿具有高机械强度、大功率等优点。但是，这种四足机器人的机械腿在工作效率高时会产生大量热量，容易对精密零件及控制系统产生损坏，如图1-5所示。随着机构与控制系统的逐步发展，机器人的构型及控制技术也在不断的改进和优化。东京工业大学[11]对展开型铰接腿进行了大量的研究，开发出了TITAN系列的四足移动机器人。TITANX3四足机器人的腿部结构轻巧紧凑，能实现高速移动，具有稳定性高、运动范围大、易于维护等优点，如图1-6所示。其中，机械腿最大的特点是引入线驱动机构，该机构包括直流电机、行星齿轮组、两条合成纤维电缆以及输入输出滑轮。使用线驱动将动力传递到每个关节，电动机安装于腿的根部以减小运动时产生的惯性。驱动机构进行模块化设计，便于后续拆卸与维护。引入同步带作为传动和减速机构，驱动髋关节实现偏航。腿部每个关节处都使用碳纤维增强的聚合物制成，不仅强
中北大学学位论文3瑞士联邦理工学院研发的ANYmal四足移动机器人如图1-3所示，其腿部结构使用SEA进行关节的驱动。它的执行器由高扭矩电动机、传动齿轮箱以及旋转弹簧组成。ANYmal的关节通过偏移的方式进行布置，所有的关节都能完全旋转，从而满足机器人进行大步幅移动的需求。Wensing等[9]研制的Cheetah3四足移动机器人如图1-4所示，它的机械腿通过PAs驱动器驱动，能够在高度动态环境下进行力学控制。髋关节的外展和内收由制动器和连杆机构驱动，实现了移动机器人的摆动和扭转。图1-3ANYmal四足移动机器人图1-4Cheetah3四足移动机器人Fig.1-3ANYmalquadrupedmobilerobotFig.1-4Cheetah3quadrupedmobilerobotKenneally等[10]设计的Minitaur四足移动机器人直接使用电动机驱动。每条机械腿有两个主动自由度，通过连杆连接而成，具有很强的地形适应能力，并且这种机械腿具有高机械强度、大功率等优点。但是，这种四足机器人的机械腿在工作效率高时会产生大量热量，容易对精密零件及控制系统产生损坏，如图1-5所示。随着机构与控制系统的逐步发展，机器人的构型及控制技术也在不断的改进和优化。东京工业大学[11]对展开型铰接腿进行了大量的研究，开发出了TITAN系列的四足移动机器人。TITANX3四足机器人的腿部结构轻巧紧凑，能实现高速移动，具有稳定性高、运动范围大、易于维护等优点，如图1-6所示。其中，机械腿最大的特点是引入线驱动机构，该机构包括直流电机、行星齿轮组、两条合成纤维电缆以及输入输出滑轮。使用线驱动将动力传递到每个关节，电动机安装于腿的根部以减小运动时产生的惯性。驱动机构进行模块化设计，便于后续拆卸与维护。引入同步带作为传动和减速机构，驱动髋关节实现偏航。腿部每个关节处都使用碳纤维增强的聚合物制成，不仅强
【参考文献】：
期刊论文
[1]并联3-URS踝关节康复机器人的机构与运动学研究[J]. 黄键,李伟光,庄成忠,蔡文伟. 自动化与仪表. 2020(03)
[2]四足仿生机器人仿生足端轨迹规划研究[J]. 马慧姝,刘艳霞,方建军,罗大为. 东北师大学报(自然科学版). 2019(03)
[3]2-SPR/RUPR并联机构的逆运动学与可达工作空间分析[J]. 马世豪,李瑞琴,宁峰平,杨路,周杰. 包装工程. 2019(09)
[4]3UPS-RPR并联机构的静力学分析[J]. 冯志友,倪迎真,贠今天. 天津工业大学学报. 2018(05)
[5]液压四足机器人关键步态参数优化[J]. 韩宝玲,朱琛,罗庆生,赵锐,汪清强. 北京理工大学学报. 2018(10)
[6]基于ZMP判据的仿人机器人步态模仿[J]. 于建均,张远,左国玉,阮晓钢,吴鹏申. 北京工业大学学报. 2018(09)
[7]新型四足步行机器人串并混联腿的轨迹规划与仿真研究[J]. 高建设,王玉闯,刘德平,王保糖. 郑州大学学报(工学版). 2018(02)
[8]具有柔性关节的四足机械腿设计与分析[J]. 史延雷,张明路,张小俊. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]奔跑四足机器人腿结构设计与分析[J]. 马宗利,刘永超,朱彦防,王建明. 东北大学学报(自然科学版). 2016(09)
[10]六足步行机器人腿部机构运动学分析[J]. 张金柱,金振林,陈广广. 农业工程学报. 2016(09)
博士论文
[1]新型五自由度并联机床机构学分析与控制系统开发[D]. 郑魁敬.燕山大学 2004
硕士论文
[1]并联式天线支撑机构的型综合与性能分析[D]. 王贝.燕山大学 2018
[2]基于RPR/RRPR球面并联机构的轮腿式机器人运动性能研究[D]. 梁世杰.中北大学 2018
[3]可重构球面并联机构的构型设计与工作空间求解方法[D]. 赵建文.中北大学 2017
[4]新型四足步行机器人的步态规划与实验研究[D]. 王玉闯.郑州大学 2017
[5]仿猎豹四足机器人结构设计与足端轨迹规划研究[D]. 刘永超.山东大学 2017
[6]四足小象机器人实时控制系统的设计与研究[D]. 邓黎明.上海交通大学 2014
[7]6-PUS/UPS并联机器人结构设计及理论分析[D]. 蒋俊香.燕山大学 2010
本文编号：3623311
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HyQ2Max四足移动机器人Fig.1-2HyQ2Maxquadrupedmobilerobot
中北大学学位论文3瑞士联邦理工学院研发的ANYmal四足移动机器人如图1-3所示，其腿部结构使用SEA进行关节的驱动。它的执行器由高扭矩电动机、传动齿轮箱以及旋转弹簧组成。ANYmal的关节通过偏移的方式进行布置，所有的关节都能完全旋转，从而满足机器人进行大步幅移动的需求。Wensing等[9]研制的Cheetah3四足移动机器人如图1-4所示，它的机械腿通过PAs驱动器驱动，能够在高度动态环境下进行力学控制。髋关节的外展和内收由制动器和连杆机构驱动，实现了移动机器人的摆动和扭转。图1-3ANYmal四足移动机器人图1-4Cheetah3四足移动机器人Fig.1-3ANYmalquadrupedmobilerobotFig.1-4Cheetah3quadrupedmobilerobotKenneally等[10]设计的Minitaur四足移动机器人直接使用电动机驱动。每条机械腿有两个主动自由度，通过连杆连接而成，具有很强的地形适应能力，并且这种机械腿具有高机械强度、大功率等优点。但是，这种四足机器人的机械腿在工作效率高时会产生大量热量，容易对精密零件及控制系统产生损坏，如图1-5所示。随着机构与控制系统的逐步发展，机器人的构型及控制技术也在不断的改进和优化。东京工业大学[11]对展开型铰接腿进行了大量的研究，开发出了TITAN系列的四足移动机器人。TITANX3四足机器人的腿部结构轻巧紧凑，能实现高速移动，具有稳定性高、运动范围大、易于维护等优点，如图1-6所示。其中，机械腿最大的特点是引入线驱动机构，该机构包括直流电机、行星齿轮组、两条合成纤维电缆以及输入输出滑轮。使用线驱动将动力传递到每个关节，电动机安装于腿的根部以减小运动时产生的惯性。驱动机构进行模块化设计，便于后续拆卸与维护。引入同步带作为传动和减速机构，驱动髋关节实现偏航。腿部每个关节处都使用碳纤维增强的聚合物制成，不仅强
中北大学学位论文3瑞士联邦理工学院研发的ANYmal四足移动机器人如图1-3所示，其腿部结构使用SEA进行关节的驱动。它的执行器由高扭矩电动机、传动齿轮箱以及旋转弹簧组成。ANYmal的关节通过偏移的方式进行布置，所有的关节都能完全旋转，从而满足机器人进行大步幅移动的需求。Wensing等[9]研制的Cheetah3四足移动机器人如图1-4所示，它的机械腿通过PAs驱动器驱动，能够在高度动态环境下进行力学控制。髋关节的外展和内收由制动器和连杆机构驱动，实现了移动机器人的摆动和扭转。图1-3ANYmal四足移动机器人图1-4Cheetah3四足移动机器人Fig.1-3ANYmalquadrupedmobilerobotFig.1-4Cheetah3quadrupedmobilerobotKenneally等[10]设计的Minitaur四足移动机器人直接使用电动机驱动。每条机械腿有两个主动自由度，通过连杆连接而成，具有很强的地形适应能力，并且这种机械腿具有高机械强度、大功率等优点。但是，这种四足机器人的机械腿在工作效率高时会产生大量热量，容易对精密零件及控制系统产生损坏，如图1-5所示。随着机构与控制系统的逐步发展，机器人的构型及控制技术也在不断的改进和优化。东京工业大学[11]对展开型铰接腿进行了大量的研究，开发出了TITAN系列的四足移动机器人。TITANX3四足机器人的腿部结构轻巧紧凑，能实现高速移动，具有稳定性高、运动范围大、易于维护等优点，如图1-6所示。其中，机械腿最大的特点是引入线驱动机构，该机构包括直流电机、行星齿轮组、两条合成纤维电缆以及输入输出滑轮。使用线驱动将动力传递到每个关节，电动机安装于腿的根部以减小运动时产生的惯性。驱动机构进行模块化设计，便于后续拆卸与维护。引入同步带作为传动和减速机构，驱动髋关节实现偏航。腿部每个关节处都使用碳纤维增强的聚合物制成，不仅强
【参考文献】：
期刊论文
[1]并联3-URS踝关节康复机器人的机构与运动学研究[J]. 黄键,李伟光,庄成忠,蔡文伟. 自动化与仪表. 2020(03)
[2]四足仿生机器人仿生足端轨迹规划研究[J]. 马慧姝,刘艳霞,方建军,罗大为. 东北师大学报(自然科学版). 2019(03)
[3]2-SPR/RUPR并联机构的逆运动学与可达工作空间分析[J]. 马世豪,李瑞琴,宁峰平,杨路,周杰. 包装工程. 2019(09)
[4]3UPS-RPR并联机构的静力学分析[J]. 冯志友,倪迎真,贠今天. 天津工业大学学报. 2018(05)
[5]液压四足机器人关键步态参数优化[J]. 韩宝玲,朱琛,罗庆生,赵锐,汪清强. 北京理工大学学报. 2018(10)
[6]基于ZMP判据的仿人机器人步态模仿[J]. 于建均,张远,左国玉,阮晓钢,吴鹏申. 北京工业大学学报. 2018(09)
[7]新型四足步行机器人串并混联腿的轨迹规划与仿真研究[J]. 高建设,王玉闯,刘德平,王保糖. 郑州大学学报(工学版). 2018(02)
[8]具有柔性关节的四足机械腿设计与分析[J]. 史延雷,张明路,张小俊. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]奔跑四足机器人腿结构设计与分析[J]. 马宗利,刘永超,朱彦防,王建明. 东北大学学报(自然科学版). 2016(09)
[10]六足步行机器人腿部机构运动学分析[J]. 张金柱,金振林,陈广广. 农业工程学报. 2016(09)
博士论文
[1]新型五自由度并联机床机构学分析与控制系统开发[D]. 郑魁敬.燕山大学 2004
硕士论文
[1]并联式天线支撑机构的型综合与性能分析[D]. 王贝.燕山大学 2018
[2]基于RPR/RRPR球面并联机构的轮腿式机器人运动性能研究[D]. 梁世杰.中北大学 2018
[3]可重构球面并联机构的构型设计与工作空间求解方法[D]. 赵建文.中北大学 2017
[4]新型四足步行机器人的步态规划与实验研究[D]. 王玉闯.郑州大学 2017
[5]仿猎豹四足机器人结构设计与足端轨迹规划研究[D]. 刘永超.山东大学 2017
[6]四足小象机器人实时控制系统的设计与研究[D]. 邓黎明.上海交通大学 2014
[7]6-PUS/UPS并联机器人结构设计及理论分析[D]. 蒋俊香.燕山大学 2010
本文编号：3623311
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3623311.html
