【摘 要】
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近几十年来,我国在基础设施建设方面取得了举世瞩目的成就,而由于安全问题频出,亟需新型的有针对性的检测方案。本课题设计的是一款针对高层建筑墙体和大型桥梁等环境下的多
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近几十年来,我国在基础设施建设方面取得了举世瞩目的成就,而由于安全问题频出,亟需新型的有针对性的检测方案。本课题设计的是一款针对高层建筑墙体和大型桥梁等环境下的多足机器人检测平台,该机器人有六条腿,属于并联机器人的一种,它具有良好的环境适应能力和运动灵活性,不仅可以在平地上完成各种运动,而且可以攀爬到墙体侧面进行检测作业。本文主要从机械结构设计、正逆运动学分析、运动性能分析、步态规划和仿真分析等方面开展研究工作。本文首先介绍了本课题的研究意义和来源,并对国内外相关领域的研究现状进行了概述,分析了多足机器人研究中的关键问题,奠定本文的研究意义和设计思路。同时,从整体结构和控制系统方面对多足机器人样机的总体设计进行介绍。接着,基于D-H参数法和旋量理论分别建立了多足机器人正运动学模型,所得模型一致,同时,对两种方法之间的关系进行分析,得出两种建模方法都可以对同一问题进行分析,只是描述方法不同的结论,并且两种方法存在转换关系。在建立了正运动学模型的基础上,通过解方程组的方式求出了机器人的逆运动学解,并在ROS(Robot Operating System)下的Gazebo仿真软件中得到验证。然后,为了使机器人的运动更加稳定、柔顺、灵活,基于旋量理论建立了多足机器人的速度和加速度模型,得到了机器人末端速度和加速度与各个关节之间的关系;在机器人速度雅可比矩阵的基础上,分析机器人的奇异性问题,得出了机器人出现奇异位形的条件,同时使用雅可比条件数和可操作度两种度量指标定量的对机器人的灵巧度性能进行分析,在Matlab软件中得到了各关节对机器人灵巧度的影响曲线。最后,对多足机器人进行步态规划研究,分别针对直线行走、转向、爬墙运动需求设计步态,并在ROS中的Gazebo仿真环境下针对几种运动步态进行仿真分析,并在最后在实体样机上进行了运动步态实验。
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