【摘 要】
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四足机器人对复杂地形的适应能力极强,运动过程中腿部的落点离散,因此运动能力超过履带式机器人和轮式机器人。四足机器人的腰部结构作为其重要组成部分,可以有效地增加机器人的运动性能。传统的四足机器人通常无腰部结构,部分有腰部结构的机器人采用被动腰部结构或刚性腰部结构。本文主要对四足机器人的腰部并联机构进行设计,并对并联机构的运动性能进行分析,最后设计出符合腰部并联机构运动规律的控制方法,具体完成内容如下
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四足机器人对复杂地形的适应能力极强,运动过程中腿部的落点离散,因此运动能力超过履带式机器人和轮式机器人。四足机器人的腰部结构作为其重要组成部分,可以有效地增加机器人的运动性能。传统的四足机器人通常无腰部结构,部分有腰部结构的机器人采用被动腰部结构或刚性腰部结构。本文主要对四足机器人的腰部并联机构进行设计,并对并联机构的运动性能进行分析,最后设计出符合腰部并联机构运动规律的控制方法,具体完成内容如下:首先,根据哺乳动物的仿生学特性,设计了四足机器人的并联腰部结构,并联机构类型为3-UPS/UR（U:虎克铰、P:移动副、S:球副、R:转动副）;通过螺旋理论和修正G-K公式验证了机构自由度个数及约束情况,结果表明该结构满足四足机器人的运动要求。然后,对腰部并联机构的运动学进行分析,根据四足机器人的腰部实际运动情况,对并联机构的运动情况在MATLAB中进行运算,得到机构的运动反解,并采用遗传算法分析其正解;根据构建的腰部并联机构的反解公式,采用数值方法求得腰部并联机构的工作空间范围;建立腰部并联机构的拉格朗日动力学方程,在MATLAB中进行验证,并通过ADAMS动力学分析软件对腰部并联机构的运动学和动力学进行仿真分析,同时与MATLAB计算结果对比,验证模型的正确性,结果表明腰部并联机构的模型设计正确,运动学动力学仿真结果符合理论计算。最后,对腰部并联机构的控制部分进行研究,分别建立腰部并联机构的PID控制模型和模糊PID控制模型,仿真结果进行对比,结果表明模糊PID控制方法优于PID控制方法;采用ADAMS和SIMULINK进行联合仿真,得到四足机器人腰部并联机构的运动变化情况,仿真结果表明采用模糊PID对腰部并联机构进行控制可以满足控制要求。
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