一种轮腿式移动机器人设计方法研究

论文摘要

四足仿生机器人一直是机器人领域研究的热点,设计并制造出具备四足动物运动能力的机器人是广大研究人员的目标。本文在借鉴和总结前人工作成果的基础上,完成了以下主要工作:(1)提出一种适应非结构环境的轮腿式移动机器人构型,并设计出机器人样机。(2)对机器人运动学及力学性能进行了详细分析,给出了机器人轮式、腿式及复合式等多种运动方式。(3)建立了四足机器人步态规划与仿真分析方法,并根据轮腿式机器人的结构特点,模仿四足动物爬行步态,提出了一种简化的连续爬行步态。(4)根据设计的步态及仿真分析,对机器人样机的运动性能进行了试验研究,结果表明机器人可实现髋关节轮式运动、膝关节轮式运动、腿式行走等运动功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 机器人系统设计及分析
• 2.1 机器人总体设计
• 2.2 机器人构型设计
• 2.2.1 机构选型
• 2.2.2 轮足式腿设计
• 2.2.3 机器人运动模式分析
• 2.2.4 机器人运动学分析
• 2.2.4.1 多足步行机器人机构特征
• 2.2.4.2 站立腿的运动学计算
• 2.2.4.3 摆动腿的运动学计算
• 2.2.4.4 多足机器人的运动学计算
• 2.3 机器人静力学分析
• 2.3.1 一次站立过程计算与校核
• 2.3.2 膝关节力矩分析
• 2.3.3 髋关节力矩分析
• 2.3.4 两步站立力矩计算
• 2.4 机器人动力学分析
• 2.5 机器人本体结构设计与分析
• 2.5.1 轮腿设计
• 2.5.2 电机及减速器安装
• 2.5.3 关键强度校核
• 2.6 本章小结
• 第三章 机器人控制系统设计
• 3.1 控制系统总体设计
• 3.2 控制系统硬件
• 3.3 无线通讯系统
• 3.4 控制系统软件
• 3.4.1 总控平台软件设计
• 3.4.2 车载系统软件设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 机器人步态规划
• 4.1 机器人步态
• 4.2 步态规划
• 4.2.1 关键位姿确定
• 4.2.2 起始站立到连续行走
• 4.2.3 连续行走
• 4.2.4 连续行走到站立
• 4.2.5 时间分配
• 4.3 步态规划的动力学仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 机器人实验研究
• 5.1 髋关节轮式移动
• 5.2 膝关节轮式移动
• 5.3 机器人腿式行走
• 5.4 腿式翻越障碍
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文完成的主要工作
• 6.2 下一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附：研究生期间发表论文情况统计