【摘 要】
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随着人力成本的增加和机器人技术的发展,移动机器人在各行各业的应用越来越广泛。现在比较流行的移动机器人包括轮式、履带式、足式等类型的机器人,但它们或多或少存在着克服障碍能力差、机动性不足、适应地形少等弊端。节肢型和人形机器人的出现尽管一定程度上解决了上述问题,但是节肢型的机器人机动性能仍不足,稳定性也较差,而人形机器人却存在结构复杂,控制困难等缺点。20世纪初期,科学家结合仿生形态学和机构学的理论,
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随着人力成本的增加和机器人技术的发展,移动机器人在各行各业的应用越来越广泛。现在比较流行的移动机器人包括轮式、履带式、足式等类型的机器人,但它们或多或少存在着克服障碍能力差、机动性不足、适应地形少等弊端。节肢型和人形机器人的出现尽管一定程度上解决了上述问题,但是节肢型的机器人机动性能仍不足,稳定性也较差,而人形机器人却存在结构复杂,控制困难等缺点。20世纪初期,科学家结合仿生形态学和机构学的理论,研制了一种C型腿六足机器人,它不仅具有以往六足机器人可以适应多种地形的优点,而且其结构和控制都相对简单。楼梯在城市生活中是一种常见地形,且崎岖程度较高,是测试六足机器人越障能力的理想地形。本文首先对C型腿六足机器人进行了样机研制,搭建了一个体积更小、质量更轻的C型腿六足机器人实验平台,并比较了新制作的六足机器人与其他版本C型腿六足机器人各方面的参数和性能。为了设计C型腿六足机器人的控制算法,本文基于经典牛顿力学建立了C型腿六足机器人的运动学和动力学模型。其次,针对机器人攀爬楼梯的步态研究,构建了C型腿六足机器人攀爬楼梯过程的仿真环境与力学模型;由于样机尺寸更小,文章研究了机器人底盘与楼梯面呈最大角度时,其质心位置对其攀爬楼梯的决定性作用;分析了机器人中间腿与楼梯面的接触位置对机器人运动效率的重要影响,以及机器人后腿在攀爬高尺寸楼梯时的重要作用。基于影响机器人攀爬成功性与效率的关键因素分析,文章首先提出了一种实现优化攀爬路径的步态控制方法,提高了小尺寸C型腿六足机器人攀爬速度。另外,基于攀爬高度,提出了一种提高C型腿六足机器人攀爬高度的步态控制方法。最后,通过三维软件动态仿真和实验验证,其结果表明了本文提出的步态能使C型腿六足机器人成功并高效地爬升多级楼梯,验证了两种不同步态的可靠性和有效性。
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