【摘 要】
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随着特种设备技术的不断发展,多足机器人广泛应用在资源勘探、灾后救援以及军事设备等方面,通常机器人行驶在崎岖复杂的路面上,机器人自身因机械故障、驱动电机故障或者受外部环境干扰发生故障的几率很大,本文针对机器人发生腿部关节锁定故障的情况进行容错步态规划,并提出越障的适应性足端轨迹,对于发生腿部关节故障后的六足机器人能够在崎岖路面上稳定行走具有重要意义。对六足机器人的结构参数进行分析,搭建了六足机器人的
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目“基于动物尺度效应和足地动力学机理的全地形重载六足机器人步行机构研究”(51705097);
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随着特种设备技术的不断发展,多足机器人广泛应用在资源勘探、灾后救援以及军事设备等方面,通常机器人行驶在崎岖复杂的路面上,机器人自身因机械故障、驱动电机故障或者受外部环境干扰发生故障的几率很大,本文针对机器人发生腿部关节锁定故障的情况进行容错步态规划,并提出越障的适应性足端轨迹,对于发生腿部关节故障后的六足机器人能够在崎岖路面上稳定行走具有重要意义。对六足机器人的结构参数进行分析,搭建了六足机器人的单腿和机体运动学模型,基于D-H方法分别对正、逆运动学两种模型进行了研究分析;分析了机器人肢体腿部转动的速度雅克比矩阵,获得足端移动线速度和转动关节角速度之间的相互关系;对机器人的机体运动学模型进行分析,得到机器人机体质心的位姿在世界坐标系中的变化。对六足机器人发生关节锁定故障的情况进行了遍历分析,针对腿1及腿2故障两种情况进行了容错步态规划,考虑到机器人行驶在大坡度斜面上重心后移的因素,提出了机器人在斜坡上的五足容错步态相序。针对规划的容错步态存在稳定性差的问题,对两种情况下的容错步态采取了初始髋关节角度调整的方法,提高了稳定阈度。规划六足机器人的直线行驶运动,采用复合摆线改进算法规划足端轨迹曲线,对六足机器人的工作环境进行了分析,将崎岖地形划分为斜坡凸起障碍地形以及斜坡沟壑障碍地形,为使机器人能够稳定通过崎岖路面,提出了适应性步态,基于足-地力学信号,设计了机器人足端的越障和探沟轨迹。基于ADAMS与MATLAB联合仿真的方法,首先在斜坡平坦路面上分别对腿1及腿2故障两种情况进行仿真分析,并对有无髋关节调整的情况进行对比,仿真结果证明,经髋关节调整后的故障机器人在行驶时稳定性更好。然后对腿1故障下的机器人分别进行斜坡凸起障碍和斜坡沟壑仿真,稳定阈度误差均小于3%,仿真数据充分证明了足端越障轨迹的合理性,搭建实验环境,并将容错步态规划编写进Arduino控制板子中,控制机器人来验证所设计的适应性容错步态的有效性。
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