【摘 要】
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机器人技术作为一项综合性高科技技术,代表着一个国家的科技发展水平。移动机器人作为机器人大家族中的一类,在军事应用、星际探测、灾难救援、工程探险、社会服务等领域得到广
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机器人技术作为一项综合性高科技技术,代表着一个国家的科技发展水平。移动机器人作为机器人大家族中的一类,在军事应用、星际探测、灾难救援、工程探险、社会服务等领域得到广泛应用。移动机器人的核心和关键技术是移动机构的性能,移动机构的性能直接决定机器人适应外部环境的能力。传统的轮式和腿式机器人各有所长,轮足式机器人结合了这两类机器人的优点,具有较好的稳定性、适应性和机动性。 基于不同的任务,轮足式机器人在机构设计上有所差异。本文研究的轮足式运载机器人是基于运载任务产生的,运动机构由两条前腿和两个后轮组成。本文首先分析轮足式运载机器人实验对象,提出六连杆等效模型。根据数学几何关系,建立运动学模型,并对关节冗余问题进行了分析,提出冗余关节的约束条件。利用拉格朗日方法建立了动力学模型,为控制提供了理论依据。在MATLAB环境下利用SimMechanics搭建动力学仿真平台,用于控制算法的仿真验证。 腿是轮足式运载机器人主要运动机构,为了保证机器人在不平整地面平稳地运动,对单腿柔顺控制方法展开了研究。由弹簧阻尼系统的基本特性建立基于虚拟弹簧阻尼系统的单腿模型,通过对足端接触力的主动控制,实现单腿的柔顺性,来保证机器人本体位姿在运动中的平稳性。 对轮足式运载机器人运动的控制研究是本文的核心内容,基本运动是提高轮足式运载机器人运动性能的基础。将轮足式运载机器人的基本运动分为三种典型步态研究,对各典型步态进行了详细分析,并按照运动机理规划出关键点的运动轨迹。针对轮足式运载机器人的结构特点,单独对上坡运动进行了理论分析。根据每种典型步态运动特点,设计合适的控制器,并通过仿真和实验进行了验证。 最后,拓展性地研究了轮足式运载机器人单腿弹跳运动。建立弹跳模型,分析弹跳运动各阶段腿长和受力变化,利用仿真模型模拟了单腿弹跳运动。
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