两足步行器并联腿机构的运动分析及步态规划

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迄今为止两足机器人的研究已经经历了不同的发展阶段,但两足步行器腿机构多采用串联机构。在实际应用中串联机构本身固有不足无法避免,因此研究并联机构来满足那些串联步行器无法满足的要求,在近些年来已经成为机器人研究的一个趋势。 本文提出了一种单腿基于Stewart平台的新型两足步行机器人的腿结构,通过简单的机构综合及仿生学原理的研究,确定了机器人在行走过程中的步态参数。根据人类行走的特点,采用分相和分期的原则对于机器人行走的动作进行了合理规划,给出了机器人行走过程中动作的顺序,并对机器人在一个周期时间内行走时间进行了合理分配。对于机器人在行走的过程中脚轨迹进行了规划,保证了机器人能够完成预期规划和预期行走过程。 根据并联机器人的特点采用运动学反解的原理,对于机器人的运动学进行了分析,给出了机器人在运动时坐标转换关系。利用影响系数的方法给出了机器人速度和加速度公式,给出了机器人在理想状态下行走的各分支机器人速度和加速度的变化曲线,对曲线进行了分析,指出对应于实际行走过程中每一段曲线的意义,为机器人的控制打下了坚实的基础。 通过直接计算和基于脚底压力传感器计算ZMP点的方法,给出了基于脚底压力传感器的反馈系统的控制框图。机器人在理想地面实现稳定行走时出现不稳定状况的临界条件,可以避免在行走过程中不稳定状态的出现。分析了在行走中机器人的稳定性,给出了稳定性条件,即机器人在理想地面上稳定行走的重心轨迹应该落在机器人稳定区域内。 在本文中除了对稳定性分析外,对干涉问题也进行了分析,指出了机器人在行走时干涉主要出现在球铰和分支之间。针对这两种情况给出了机器人在行走时不发生干涉的最大转角α<45°,两个分支不发生干涉的条件是两个分支中心线之间的距离大于每个分支的直径。 两足步行机器人具有丰富的运动学、动力学特征,对于步行环境要求低,具有良好的环境适应性,因此,研究两足步行机器人,特别是并联机构两足机器人,不仅为研究开发新型机器人提供理论基础,也为改进串联机构机器人提供有价值的依据。
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