少驱动六足机器人结构优化设计与运动特性分析

来源 :武汉科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:liangting123456
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六足机器人在野外探测、环境监控、抢险救灾和军事侦查等国民经济和国防领域有着广阔的应用前景,因此成为机器人领域的研究重点。目前关于六足机器人的研究已经取得了丰富的成果,但是存在关节自由度多、控制系统复杂、机器人负载能力弱等问题,限制了其在实际中的应用。基于此,本文设计了一种少驱动六足机器人,以越障性能与运动稳定性为目标优化了机器人腿部机构参数,分析了机器人各种不同状态下的运动学性能,并通过设计机器人变胞腿部机构,实现了机器人的多运动模式,提升了其越障能力。本文主要完成的研究工作如下:  1、设计了少驱动六足机器人的总体结构。根据六足机器人总体设计目标,在对比分析不同腿部机构优缺点的基础上,设计六足机器人腿部机构,并对机器人的机身结构、传动与动力系统、传感与控制系统进行了模块化设计,在此基础上建立了少驱动六足机器人总体结构的三维模型。  2、少驱动六足机器人腿部机构尺寸优化设计。分析少驱动六足机器人的腿部结构特点,结合各种不同的运动状态,提出足端轨迹需要满足的条件。在此基础上,以机器人的越障性能最好,行走过程最稳定为优化目标,以足端运动轨迹要求和传动性能要求为约束条件,运用信赖域优化算法对腿部机构尺寸进行优化设计,使得少驱动六足机器人的性能符合设计要求。  3、基于ADAMS的少驱动六足机器人运动性能分析。分析了机器人在各种不同状态下的运动学性能,验证机器人的直线行走、左右转弯、爬坡、爬越单级台阶以及连续台阶等能力,验证机器人总体设计的可行性。  4、机器人变胞腿部机构设计与运动性能优化。基于变胞理论设计了能够在单自由度四杆机构和两自由度五杆机构之间切换的机器人腿部机构,并利用ADAMS的优化方法对变胞腿部机构尺寸进行了优化设计,实现了机器人的多种步幅和多运动模式,提升了其越障能力。  本文所设计的少驱动六足机器人,具有驱动元件少、控制系统简单,且越障能力较好等特点,对于推动六足机器人研究具有一定的理论与实际意义。
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