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试谈步态基于多足移动机器人足力分配和步态规划策略

收藏本文 2024-01-22 点赞:25251 浏览:110161 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:移动机器人作为一类特种机器人,融合了多门学科的论述和技术,具有各种特点和优点。六足爬壁机器人属于移动机器人中的一种,它具有多冗余度、多支链、时变拓扑运动机构的特点,在核工业、建筑、交通、石化和消防等领域有较好的运用前景,具有很重要的探讨作用和实用价值。针对复杂环境(桥梁底部和侧面等)下的多足移动机器人,本论文对机器人的结构、制约、运动学、动力学及足力分配策略、稳定性及步态规划等不足进行了浅析,并开展了系统的探讨工作。本论文首先介绍了国内外多足爬壁机器人的探讨近况,然后论述了爬壁机器人的基本功能的实现方式。针对六足爬壁机器人,本论文介绍了其本体结构,阐述了各主要组成部分的设计和实现方式,并且简单介绍了机器人的制约系统,包括硬件和软件制约策略。其次,对机器人的腿部关节进行了运动学浅析,推导出了正、逆运动学方程。在此基础上,浅析了多足爬壁机器人的足力分配策略,通过浅析多足机器人的关节驱动力约束和动力学约束,提出了基于能耗性优化的足力制约策略,在兼顾安全性的前提下,对机器人的足力优化模型进行了论述,建立了以总电机功率最小为能耗优化目标,对多足机器人的足底接触力进行优化,并给出了电机制约模型的转换方式,通过实验仿真,证明了所述策略的可行性和有效性。最后,浅析了多足移动机器人的占空系数,对多足步行机器人静态步行的稳定性进行判定,提出了步态制约策略,规划了机器人直线行走步态、定点转弯步态以及地-壁过渡的三种行走步态,并利用仿真软件ADAMS对机器人机体进行了建模,通过参数设置,完成了机器人的运动步态仿真浅析,为物理样机的开发提供了依据,发挥了虚拟样机技术的优势,对降低实际物理样机制造的风险有着重要的作用。关键词:多足机器人论文足力制约论文能耗优化论文步态规划论文ADAMS论文

    摘要5-6

    ABSTRACT6-11

    第一章 绪论11-22

    1.1 多足移动机器人的探讨背景和作用11-13

    1.1.1 课题来源及探讨目的11

    1.1.2 课题背景及探讨作用11-13

    1.2 多足爬壁机器人的国内外探讨近况13-18

    1.2.1 多足爬壁机器人的国外探讨情况13-16

    1.2.2 多足爬壁机器人的国内探讨情况16-18

    1.3 多足爬壁机器人的机构及特性论述18-20

    1.3.1 吸附方式18-19

    1.3.2 移动方式19-20

    1.4 本论文完成的主要工作内容20-21

    1.5 本章小结21-22

    第二章 多足机器人总体案例设计22-33

    2.1 引言22

    2.2 多足机器人的本体结构设计22-29

    2.2.1 多足机器人腿的结构24

    2.2.2 多足机器人自由度浅析24-25

    2.2.3 真空吸附装置25-28

    2.2.4 驱动方式28-29

    2.2.5 供电电源29

    2.3 多足机器人的制约系统设计29-32

    2.3.1 多足机器人制约系统硬件设计30-31

    2.3.2 多足机器人制约系统软件设计31-32

    2.4 本章小结32-33

    第三章 基于多足机器人能耗的足力分配策略探讨33-48

    3.1 引言33

    3.2 多足机器人运动学和动力学浅析33-42

    3.2.1 机器人运动学概述及 D-H 法介绍33-36

    3.2.1.1 机器人运动学不足33-34

    3.2.1.2 D-H 表示法介绍34-36

    3.2.2 多足机器人运动学模型36-41

    3.2.2.1 多足机器人正运动学模型建立36-39

    3.2.2.2 多足机器人逆运动学求解39-41

    3.2.3 多足机器人动力学不足41-42

    3.3 基于能耗优化的多足机器人足力分配策略42-47

    3.3.1 足力优化模型的转换与简化42-45

    3.3.1.1 关节驱动力和足底接触力的转换42-43

    3.3.1.2 关节驱动力约束转换与简化43-44

    3.3.1.3 动力学约束方程转换与简化44-45

    3.3.1.4 吸盘安全性约束转换与简化45

    3.3.2 基于能耗目标足力优化45-46

    3.3.3 足力制约模型与电流制约模型的转换46-47

    3.4 本章小结47-48

    第四章 多足移动机器人步态规划48-62

    4.1 引言48

    4.2 步态的基础知识48-49

    4.2.1 步态的基本概念48-49

    4.2.2 六足移动机器人占空系数值浅析49

    4.3 多足机器人稳定性探讨49-52

    4.3.1 多足机器人静态稳定性浅析49-52

    4.3.2 多足机器人的步态制约图52

    4.4 多足机器人步态规划52-61

    4.4.1 多足机器人的常见步态分类52-54

    4.4.2 多足机器人沿倾斜面三角直线爬行步态54-56

    4.4.3 多足机器人定点转弯步态规划56-59

    4.4.4 多足爬壁机器人“直立”到“侧立”的步态规划59-61

    4.5 本章小结61-62

    第五章 多足移动机器人步态规划及足力优化的仿真62-77

    5.1 引言62

    5.2 仿真软件介绍62-65

    5.2.1 虚拟样机技术介绍62-63

    5.2.2 AMADS 的介绍63-64

    5.2.3 MATLAB 环境64-65

    5.3 六足移动机器人直线爬行步态仿真65-73

    5.3.1 直线爬行步态仿真65-69

    5.3.2 步态仿真的运动学浅析69-70

    5.3.3 步态仿真的动力学浅析70-73

    5.4 基于能耗目标的六足机器人的足力优化仿真73-76

    5.5 本章小结76-77

    总结与展望77-79

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