具有肢体作业功能的多足机器人设计与运动分析

摘要

轮腿机器人因为其对地面环境的高度适应性从而广泛应用在星球探测和野外侦查工作中，而六轮腿机器人系统的高容错性使其可在严苛的路况条件下运动。由于六条腿的特点，这种机器人所拥有的肢体操作功能也越来越受到各国学者的广泛关注。
　　本文应用仿生学，根据轮腿机器人及多关节机械臂的特点，设计了一种具有肢体作业功能的六轮腿机器人。优化了机器人的机构，完成了机器人运动性能的评价，并对机器人肢体操作时的运动学进行了分析，具体工作如下:
　　首先，完成整体方案设计，确定了机器人的肢体数目;参考一般腿式机器人的本体机构特点，确定了机器人的本体结构;根据昆虫仿生学、自由度分析及肢体操作的需求完成了单腿的构型设计，再进行单腿的结构设计，完成了每个关节的具体机械结构设计，在单腿运动学分析的基础上，提出了一种新的单腿工作空间大小优化方法，并使用这种方法进行了单腿的尺度优化;同时完成了几种典型的末端执行器及其驱动的设计。
　　第二，在所设计的六轮腿机器人构型的基础上，分别使用不同的判定法则对机器人在水平面进行四种“3+3”步态行走时和在斜坡进行双臂夹持“3+1”爬行时的稳定性进行了分析;根据轮腿结合的方式，提出了步行运动模式和轮行运动模式之间的切换方法;对四种不同的轮行转弯模式进行了运动学分析。
　　第三，根据机器人不同的肢体操作需求，介绍了本六轮腿机器人进行肢体操作的三种不同模式。着重阐述了使用双肢体进行夹持操作时的稳定性条件;考虑本体参与协调操作，完成了双肢体夹持时的运动学分析研究。
　　最后，对所设计的新构型六轮腿机器人进行单腿简化，将简化后的模型导入ADAMS软件中进行模拟仿真;再此基础上制做了简化模型样机，并进行了轮腿运动模式切换实验及单肢体操作实验。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题背景及意义

1．3 国内外应用研究现状

1．3．1 多足机器人的研究现状

1．3．2 轮腿式机器人的研究现状

1．3．3 肢体机构的足式机器人研究现状

1．4 论文的主要研究内容

第二章 机器人的机械结构设计及优化

2．1 引言

2．2 整体方案设计

2．3 本体结构设计

2．4 肢体结构设计

2．4．1 单腿构型设计

2．4．2 单腿结构设计

2．5 本章小结

第三章 机器人的运动性能分析

3．1 引言

3．2 步行模式下的稳定性分析

3．2．1 机器人在水平面上行走时的静态稳定性分析

3．2．2 机器人在斜面上行走时的静态稳定性分析

3．3 轮行模式的运动分析

3．3．1 六轮轮行模式和步行模式的切换规划

3．3．2 轮行模式转弯时的运动分析

3．4 本章小结

第四章 机器人肢体操作的运动学

4．1 三种不同的肢体操作模式

4．2 双肢体操作时的运动分析

4．2．1 双肢体紧操作时的稳定夹持抓取条件

4．2．2 双肢体紧操作时的运动学分析

4．3 本章小结

第五章 多足机器人的仿真与实验研究

5．1 引言

5．2 多足机器人运动仿真及实验

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果