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随着国家现代化建设的快速推进以及城市绿化建设的发展,机器人将在农林业,建筑业等领域得到更广泛的应用。然而,在这些领域内,很多作业是需要在高空条件下完成的,其工作条件恶劣,环境复杂,且劳动强度大,工作时间长。长期以来开发一种攀爬机器人代替人类从事高空作业一直是国内外研究学者的一个课题。本文以尺蠖为仿生原型,设计了一种仿尺蠖攀爬机器人,并针对该机器人从结构设计、运动学和动力学、轨迹规划等方面进行了研究。针对仿尺蠖攀爬机器人的结构设计问题,首先研究了尺蠖的生物特征及其攀爬机理,之后基于运动仿生原理抽象出其运动构型,并对其步态进行了分析。然后确定了机器人的结构设计准则,合理地选择了驱动方式,并对其躯干及抓取机构进行了具体的设计,最后利用Pro/E软件建立了仿尺蠖攀爬机器人的三维模型。针对仿尺蠖攀爬机器人,对其机构模型进行了简化并建立了世界坐标系、局部坐标系和广义坐标系,应用旋量理论对其进行正向和逆向运动学分析,并利用MATLAB软件对其逆运动学进行了数值计算;采用基于旋量理论的拉格朗日方法建立了仿尺蠖攀爬机器人的动力学模型,并对其进行了数值仿真与分析。针对仿尺蠖攀爬机器人的轨迹规划问题,以机器人树木分枝间攀爬过渡步态为例,在对其步态分析的基础上,确定了机器人的几何路径,并将路径点以关节角度表示,采用3-5-3多项式插值函数拟合运动轨迹。最后以时间最短为优化目标,采用量子行为粒子群优化算法对其树木分枝间攀爬过渡步态进行了优化仿真分析。通过虚拟样机技术,对已规划好的树木分枝间攀爬过渡步态的关节空间运动轨迹进行了仿真实验。分别采用ADAMS与Simulink仿真软件完成仿尺蠖攀爬机器人动力学模型与控制模型的建立,再利用ADAMS与MATLAB之间的接口模块,完成了基于ADAMS与MATLAB的树木分枝间攀爬过渡步态的联合仿真。仿真结果验证了仿尺蠖攀爬机器人结构的合理性以及文中所采用的轨迹规划方法的可行性。本文针对仿尺蠖攀爬机器人的相关研究与理论分析对其在实际工程中的应用有一定的参考价值。