六足机器人在复杂斜面环境下的步态设计研究

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相较于传统的轮式、履式机器人,六足机器人凭借肢体结构的冗余性以及落足点的离散性使其具备卓越的稳定性和地形适应能力。作为典型的多足步进机器人,六足机器人常常应用于各种复杂的山地环境下,所以为保证六足机器人在复杂斜面环境下具有更强的地形适应能力,本文将对复杂的斜面地形进行分类分析以及完成相应斜面地形的足端轨迹规划,实现六足机器人在复杂的斜面环境下稳定运行,最后通过仿真实验对机器人在复杂斜面环境下的运行状况进行分析与评价。首先,对六足机器人的构型进行了分析,为提高机器人在复杂地形下的运动性和稳定性,机器人采用了对角式分布结构;基于D-H法和矢量图法,对六足机器人进行了运动学建模并完成了正逆运动学解算,通过MATLAB软件对机器人腿部的工作空间进行了仿真验证。其次,提取六足机器人所处复杂环境下的地形特征值,即坡度与起伏度。依据广义集合、分布函数与复杂程度推理三个方面,完成了地形复杂度的定义和复杂特征的描述,实现地形复杂度的量化表达。通过地形栅格化表达,能够表现出地表形态的空间变化规律,并使用局部曲面拟合法中的二次曲面法提取复杂环境下的特征值。再次,根据不同的斜面地形对机器人稳定性所产生的不同影响,预先对斜面地形进行了分类分析,然后针对斜面地形的复杂程度进行步态设计,其中包含三角步态规划、一次足端轨迹规划、二次足端轨迹规划以及落足点的评估等,并通过MATLAB将足端轨迹与正逆运动学结合验证足端轨迹的可行性。最后,搭建MATLAB与ADAMS联合仿真平台,建立平坦斜面、凸起斜面、凹陷斜面三种仿真环境,验证不同斜面环境所设计的足端轨迹,通过观察六足机器人在不同仿真中,机身姿态角的波动和腿部各关节角度的变化,说明针对不同复杂斜面所设计步态的有效性和适用性。
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