Rolling-Wolf轮腿式机器人步态设计与控制

摘要

目前国内外机器人领域研究对象主要集中在如轮式、履带式和腿式等传统机器人移动平台方面，这些类别的机器人在结构设计上相对成熟，并在军事装备、行星探测、资源勘探、救援服务等不同领域发挥不可替代的重要作用。然而与传统机器人结构不同的是，复合式结构作为一种综合了多种结构设计的新型机器人结构，以其具备了更高结构灵活性和环境适应能力等优势，逐步得到了广泛关注和研究并取得了长足的进步和发展。本文研究对象为一种复合式高性能移动机器人平台—Rolling-Wolf四轮腿式机器人，该机器人在结合了轮式和腿式机器人的优点的同时，具备更强的承载能力、更好越障能力好以及平稳性等结构性能。针对Rolling-Wolf机器人的以上特点，本文从运动学建模、步态规划、步态仿真、控制系统设计以及实验验证等多个方面进行了相关研究，具体工作如下：
　　①通过D-H运动学方法建立Rolling-Wolf轮腿式机器人正逆运动学模型，同时采用几何解析法再次求解运动学模型，并完成两种方法对比分析，为后续章节建立了理论基础；
　　②介绍了四足机器人步态的基本概念和分类，为Rolling-Wolf机器人选择合适的平地行走步态并进行了Rolling-Wolf机器人单腿运动轨迹规划，确定平地行走步态抬腿顺序。对比分析了带姿态调整和连续两种平地行走步态，为机器人设计了合理的连续行走步态；
　　③进行了仿真控制参数计算，将计算结果导入 ADAMS运动学仿真软件进行多种平地步态仿真验证，进一步测量和分析了机器人多个关键部件的仿真结果数据，完成了步态实验前的仿真验证；
　　④完善了Rolling-Wolf机器人控制系统总体方案设计，并分别从硬件设计和控制算法两个方面进行了Rolling-Wolf机器人控制系统结构设计改进，以及为机器人规划了三种不同的运行模式和整机控制流程。在最后进行步态实验，验证了所规划的多种步态的正确性并对实验结果进行了分析。

目录

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英文摘要

目录

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国外研究现状

1.3国内研究现状

1.4本文主要工作及内容安排

2 Rolling-Wolf机器人运动学分析

2.1 Rolling-Wolf运动学建模

2.2本章小结

3 Rolling-Wolf机器人步态规划

3.1引言

3.2四足机器人步态规划基本概念

3.3四足机器人步态的分类和选取

3.4 Rolling-Wolf 机器人walk步态规划

3.5 Rolling-Wolf平地步态规划

3.6本章小结

4 Rolling-wolf机器人行走步态仿真

4.1仿真参数计算

4.2 ADAMS步态仿真

4.3本章小结

5 Rolling-Wolf机器人运动控制开发与实验

5.1控制系统总体方案设计

5.2硬件设计

5.3控制模式及算法

5.4步态实验验证

5.5本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2优缺点及展望

致谢

参考文献