【摘 要】
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丘陵山地果园由于路面石块、杂草等障碍物以及果园复杂的地形、土壤硬度等原因造成履带式、轮式移动平台不能自如地在果园中行走。然而,足式机器人因其能灵活地落足于地面且跨越障碍的能力较好,是丘陵果园实现机械化的重要研究内容。针对如此复杂的环境,机器人要保持稳定行走,其足端作为直接与地面接触的对象,是机器人能够行走于丘陵果园的重要保证。通过结合丘陵果园生产管理工作需求,对机器人不同足端进行归纳总结,得到足端
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丘陵山地果园由于路面石块、杂草等障碍物以及果园复杂的地形、土壤硬度等原因造成履带式、轮式移动平台不能自如地在果园中行走。然而,足式机器人因其能灵活地落足于地面且跨越障碍的能力较好,是丘陵果园实现机械化的重要研究内容。针对如此复杂的环境,机器人要保持稳定行走,其足端作为直接与地面接触的对象,是机器人能够行走于丘陵果园的重要保证。通过结合丘陵果园生产管理工作需求,对机器人不同足端进行归纳总结,得到足端结构需满足如下设计要求:(1)足底对地面的压强不超过90 MPa,(2)足端结构需要对斜坡角度的自适应能力,(3)变形后姿态自复位能力,(4)足端能被动自适应2H/W≤0.7的凹坑与凸块等。基于足端结构设计要求,利用解析法对足端结构进行了运动学分析,验证了足端结构运动的连续性、足底运动范围的合理性及足端有关结构参数设置的合理性。然后,对足端结构在果园可能出现的不同土壤路面的落足稳定性进行了分析,验证了足底的尺寸参数是合理的,足端能够在不同土壤硬度条件下,稳定落足于25°斜坡。最后,通过MATLAB软件利用正弦谐波叠加法建立含有凹坑与凸块的C级路面,并在ADAMS软件中实现路面的可视化。根据果园机器人设计要求,进行了六足机器人的结构设计,机器人单腿运动学计算,将关节角度变化作为含自适应足端的机器人驱动函数设计,对含有自适应足端的机器人进行机器人落足于水平路面以及斜坡路面的凹坑上和凸块的情况进行动力学分析。研究结果表明:机器人足端能够自适应凹凸变化,且能够攀爬上25°斜坡,机器人足端不论是在攀爬斜坡还是行走在水平路面的过程中,均能实现高为44 mm,宽为140 mm的凸块以及深为44 mm,宽为140 mm凹坑。
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