六足机器人非结构路况多机协同作业设计与研究

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非结构路况主要指泥泞、砂石、草地、沟壑等野战环境,主要表现为地形不规则、崎岖、陡峭、松软、高障碍、宽壕沟、高海拔、涉水、冰雪等特征,普通轮式、履带式车辆不能使用。车轮、履带与地面的接触属于“面”接触,在结构化路况行驶时快速平稳、控制简单,但在非结构化路况下能耗成倍增加,抓地力大幅减弱,严重丧失移动效率。足式机器人与地面的接触属于“点”接触,腿部结构拥有多个自由度,运动灵活性得到大幅增强,在非结构路况高危环境中具有更强的适应能力。在这种人类难以到达或者危及生命安全的特殊路况环境中,需要依靠机器人多机协作完成任务。机器人多机协作存在冗余自由度设计,动作协调控制,建立系统数据传输通道,任务协调分配等问题。针对这些问题,本文提出了六足机器人多机协作方法,开展了以下内容的研究工作:(1)对机器人单体局限性进行分析,找出能够典型反映局限性的非结构路况的环境类型,以此确定了实验环境。(2)对六足机器人进行创新性设计。首先分析并选取了适合机器人多机协作的机身布局方式;其次对机器人小腿、连接关节进行了优化设计;并对足端结构进行了创新减震设计,保证其行走的平稳性。(3)进行运动学分析,对机器人足端的运动参数进行计算,得到其运动速度,可达空间,以及各参数之间的空间转换关系等,为后续实验等做好准备工作。(4)对六足机器人的多机协同控制系统结构进行设计。建立理论控制模型,并搭建总体的控制体系结构,再结合强化学习算法,进行仿真分析以及实验验证。最后调试好样机,搭建实验平台,进行非结构路况下的多机协同作业实验,对本文所涉及的各关键技术完成实验验证,并得出结论。
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