【摘 要】
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针对松软崎岖的月面地形环境,传统轮式机器人存在越障能力有限、车轮打滑空转甚至陷入土壤中无法自动脱离等问题。腿式机器人越障能力强,但其控制系统复杂、移动缓慢且能耗较大。结合轮式机构与腿式机构优势,本文设计并研制出一种适应于松软崎岖地形的六足轮腿式机器人。论文首先提出了以六足昆虫为仿生对象的机器人躯体结构与腿部构型,然后设计了C型腿、三轮辐减震足及仿鸵鸟足趾步行轮三种足端行走机构,并进行有限元分析。根
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会（NSFC）与德国科学基金会（DFG）双边合作研究项目:（51861135306）；
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针对松软崎岖的月面地形环境,传统轮式机器人存在越障能力有限、车轮打滑空转甚至陷入土壤中无法自动脱离等问题。腿式机器人越障能力强,但其控制系统复杂、移动缓慢且能耗较大。结合轮式机构与腿式机构优势,本文设计并研制出一种适应于松软崎岖地形的六足轮腿式机器人。论文首先提出了以六足昆虫为仿生对象的机器人躯体结构与腿部构型,然后设计了C型腿、三轮辐减震足及仿鸵鸟足趾步行轮三种足端行走机构,并进行有限元分析。根据足端行走机构的设计方案研制出三种原理样机,比较并选择仿鸵鸟足趾步行轮作为最终的足端行走机构。基于仿鸵鸟足趾步行轮行走机构,建立轮-壤接触力学模型,并对其接触过程进行有限元模拟。基于Toolbox平台验证机器人腿部正逆运动学的求解,并通过Matlab/Sim Mechanics软件建立其可视化模型。基于蒙特卡洛法计算腿部运动工作空间。从稳定、高效控制的原则出发,分别采用PID与滑模变结构控制策略对机器人腿部运动进行仿真分析。针对不同工况规划机器人的运动步态,以仿真的形式验证了机器人结构设计的合理性与步态规划的可行性。基于分层控制的思想对机器人硬件部分与软件部分控制系统进行模块化设计。进行了机器人在不同工况下的运动实验,测试了机器人在狭窄空间中的通过性能、爬坡性能以及越障性能,结果验证了本文所设计的轮腿式机器人在松软崎岖地形下具有良好的适应性。
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