基于非对称3-UPU并联机构的六足步行机器人的研究

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针对发生毒气泄露的化学工厂或有放射性物质危害的核电站等危险复杂的环境,本文提出了一种能替代人类进行探测、补修以及救援的新型六足步行机器人。它将并联机器人和步行机器人的优点巧妙融合,具有承载能力大、通过能力强、容易控制等优势。本文首先对六足步行机器人的结构进行了设计。提出一种依靠非对称3-UPU并联机构两个平台的交替运动实现机器人行走的设计方案。在设计方案中,对六足步行机器人的运动方式、构型特点和关键零部件尺寸、传感器类型及布置方式做了详细的说明。其次,对非对称3-UPU并联机构进行了运动学分析。对机构建立了简化模型,通过建立封闭矢量环方程,求得正反解。利用机构速度雅可比矩阵,对非对称3-UPU并联机构进行奇异性分析,为六足步行机器人在设计时的结构参数的选取提供参考,避免奇异位置的出现。然后利用极限边界搜索法通过MATLAB编程求得机构工作空间。接着,对六足步行机器人进行了稳定性能分析与步态规划。利用重心投影法对其运动稳定性能进行了分析,综合考虑机器人的稳定性和腿部干涉两种情况,设计了最大横向移动步幅。本文还对六足步行机器人进行了步态规划,包括机器人两组腿的占空系数、运动次序、运动步幅、运动轨迹及各分支等效杆长随机器人的移动的变化等。最后对六足步行机器人进行了越障行为仿真。利用SolidWorks与MATLAB软件对六足步行机器人的越障能力、运动性能进行仿真研究。将SolidWorks仿真结果与理论运动轨迹对比,发现上、下平台形心在垂直方向的变化规律是一致的,基本保持同步起伏,验证了运动学模型的正确性,为后续样机的制作提供了理论参考。
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