【摘 要】
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腿式移动机器人是通过足端支撑点的交替变化实现移动功能的。这样的移动方式使得腿式移动机器人能够很好地适应崎岖地形,并能够攀越一定高度的障碍物。其中四足移动机器人有比双足移动机器人更强的承载能力、更好的平稳性,有比六足等多足移动机器人更大的腿部移动空间、更小的机构冗余性和复杂度。因此,四足移动机器人一直是国际上移动机器人领域的研究热点之一。本文设计了一种基于并联机构的四足移动机器人。四个结构相同的机械
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腿式移动机器人是通过足端支撑点的交替变化实现移动功能的。这样的移动方式使得腿式移动机器人能够很好地适应崎岖地形,并能够攀越一定高度的障碍物。其中四足移动机器人有比双足移动机器人更强的承载能力、更好的平稳性,有比六足等多足移动机器人更大的腿部移动空间、更小的机构冗余性和复杂度。因此,四足移动机器人一直是国际上移动机器人领域的研究热点之一。本文设计了一种基于并联机构的四足移动机器人。四个结构相同的机械腿为2-SPR/RUPR并联机构与平行四边形机构组合而成的串并混联式机械腿。通过闭环矢量法与D-H矩阵法,求解得到了2-SPR/RUPR并联机构的反解。结合其空间特性,利用反解进行了并联机构的输入解耦。根据粒子群优化理论,构建了最优方程组,求出三组收敛的正解。使用边界搜索的方法得到2-SPR/RUPR并联机构的工作空间。对并联机构反解进行求导并整理得到了一阶影响系数矩阵,对速度求导得到驱动副二阶影响系数矩阵。使用拆杆组的方法,对每一个构件进行受力分析,构建了力平衡方程组。在已知动平台中心处受到的外力和外力矩时,能够对每一个构件受力进行求解。根据机械腿初始运动与末了运动速度、加速度为零的原则进行了越障与横向的轨迹规划,防止运动时驱动副速度、加速度发生突变而造成损坏。加速度通过正弦函数规划,对函数进行两次积分求得前进轨迹。对四足机器人24种步态下每次迈腿时的重心调整量与稳定裕度计算,从中筛选出重心调整量最小而稳定裕度最大的步态作为越障时和爬台阶时步态。遇到高度超过抬腿极限的障碍物时,为了快速避开障碍物继续前进,使用对角小跑的步态。使用SolidWorks与Adams对四足移动机器人在越障、横向、爬台阶等情形下的移动进行仿真分析。在越障时最大步高为130mm,最大步幅是180mm;横向时小幅抬高30mm,最大步幅120mm;爬台阶时最高步高为130mm,最大步幅为100mm。基于2-SPR/RUPR并联机构的四足移动机器人在前进方向能够实现较大步幅运动,最大步幅为180mm;在横向运动时也能够实现步幅为120mm的运动。基于2-SPR/RUPR并联机构四足移动机器人运动平稳且灵活,有较大的步幅,能够承载较大的重量。适用于田垄、林地等崎岖路面上需要大的移动步幅运输重物的应用场合。
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