轮足混合并联腿式行走机器人运动规划研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuguai19811025
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近年来,随着机器人应用技术的不断发展,各种形式的机器人应运而生,并逐渐融入到人类社会中,扮演着重要的角色。行走机器人作为一个重要的研究课题,近年来受到各界学者关注。行走机器人按结构可分为足式、轮式以及轮足混合式,足式行走机器人对环境要求不高,能够适应复杂地形,但是运动速度缓慢,轮式行走机器人可具有较高的运动速度,但是在环境适应性方面不足,而轮足混合式行走机器人摒弃上述两者缺点,综合各自优点,成为机器人研究领域的热点方向。本文的研究对象是一种轮足混合并联腿式行走机器人,其特点在于综合采用了2(6UPUR+3P)的并联构型的腿部结构以及二驱动一导向的轮式结构,其中腿部结构使得机器人整体重心平稳且承载能力大,而轮式结构能够使机器人在平坦地形环境下实现快速运动。本文主要做了以下研究工作:首先,对轮足混合并联腿式行走机器人进行结构设计,并搭建了Adams虚拟样机仿真平台,制造了试验样机。其次,以轮足混合并联腿式行走机器人单并联腿为研究对象,通过采用螺旋理论结合运动影响系数矩阵法推导了单并联腿的一、二阶影响系数矩阵,进而得出其足式运动学正反解方程,对轮足混合并联腿式行走机器人规划了一种静态步行步态,并基于此步态提出了一种机身姿态调整算法,通过Matlab算例与Adams/Simulink联合仿真对足式运动学模型以及姿态调整算法进行了准确验证,然后推导了机器人轮式运动学模型以及轨迹跟踪预瞄模型,并进行了仿真算例的准确验证;采用拉格朗日法详细推导建立了轮足混合并联腿式行走机器人单并联腿的动力学模型,并建立了机器人轮式结构包含电机的动力学模型,而后通过仿真算例对比验证了单并联腿动力学模型的正确性;针对经典APF算法的缺陷,提出一种IAPF算法,用于改进其不同场景出现的问题,并通过仿真验证了算法的有效性。最后,进行轮足混合并联腿式行走机器人轮式行走避障试验,用以验证所提出的IAPF算法,根据所安装的传感器采集实验数据,并对数据处理生成障碍物信息与机器人轨迹曲线,结果表明,IAPF算法改进效果明显,能够实现机器人复杂环境下的路径规划。
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