深海六足机器人行走机构设计与运动稳定性分析

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海底蕴藏着丰富的自然资源,随着陆上资源的枯竭,出于资源勘探和技术发展的需要,开展海底探测将是未来新的发展热点。开展海底探测首先需要技术先进的探测设备,传统的深海探测器受洋流扰动大,难以在海底稳定驻停,且运动时推进螺旋桨对海底的扰动大,难以开展精细的探测任务。足式机器人能在海底稳定驻停和行走,六足机器人对复杂地形环境有着较强的适应能力以及较好的运动灵活性,在海底探测方面具有较好的应用潜力。开展深海六足机器人研究是针对未来开展海底探测的先行技术探索,具有重要研究意义。本文针对3000m海底环境特点,首先提出了深海六足机器人的主要技术指标及三种适应于在海底环境行走要求的机器人腿部构型。根据技术指标对机器人腿部尺度进行优化计算,并得到三种构型的足端运动空间。考虑海底海流冲击造成的阻力,计算腿部各关节转矩,根据足端运动空间和腿部关节转矩两项指标完成了腿部构型选型。结合深海环境特点完成了电驱动关节及机器人行走机构设计。基于D-H方法建立了机器人单腿和机体的运动学模型,得到机器人腿部各关节的运动方程。基于Newton-Euler方法建立了机器人机体和单腿的动力学模型,简化腿部结构为大长径比圆柱体,基于Morison公式推导得到了单腿的水动力学方程,基于海泥特性,建立了机器人足地力学方程。基于ANSYS-Fluent对机器人机体在不同工况下的水动力进行仿真计算。得到了机器人在驻停状态下的稳定特性。基于机器人运动学模型,考虑运动环境,完成机器人运动规划。基于Simulink-Adams建立机器人运动仿真模型,得到机器人在平直海泥面的行走稳定特性和稳定边界。
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