轮腿式移动机器人平台运动学分析

论文摘要

现今的移动机器人为了满足在不同地形环境下快速行进和保持平稳的需要,大都采用两种或两种以上的复合行进方式,在不同环境下采用不同行进方式,极大地提高了机器人的地形适应能力。本文提出了一种新型的轮腿式移动机器人平台,其在平整地形环境下采用轮式行进方式,在非平整地形环境下采用轮腿复合行进方式。可跨越相当于1.2倍轮子直径高度的障碍,轻松爬上40°的斜坡,并可实现坡上制动,地形适应能力很强。本文详细叙述了轮腿式移动机器人平台的结构特点和尺寸参数,并就其驱动系统和轮腿系统的结构和工作原理作了详细说明,分析了其在不同地形环境下的行进策略和相应的姿态变化原理。对机器人平台进行了运动学分析,包括转向运动学分析、位姿模型分析和机器人平台参考点的位姿和轮腿末端姿态之间的变化关系。并运用MATLAB软件对逆运动学分析的结果进行了验证。分析了机器人平台的越障性能,就其越障能力与摩擦系数、结构尺寸之间的关系进行了分析。并求出了其在跨越台阶和沟槽时前后轮腿系统之间的转角关系,为机器人控制系统的设计做好了理论基础。用UG软件对机器人进行了运动学仿真。包括机器人模型的建立、装配、不同地形环境下的运动仿真。仿真结果验证了该设计方案的可行性和越障策略的正确性。并导出了其在不同地形环境下的驱动力曲线,从而为机器人电机的选型做好了理论准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题的研究背景
• §1-2 移动机器人概述
• 1.2.1 国外移动机器人的发展概况
• 1.2.2 国内移动机器人的发展概况
• §1-3 轮腿式移动机器人的发展概况
• §1-4 课题主要研究内容
• 第二章 轮腿式移动机器人平台的结构设计
• §2-1 引言
• §2-2 移动机器人平台的整体结构设计
• §2-3 移动机器人平台的轮腿系统设计
• §2-4 移动机器人平台的驱动系统设计
• §2-5 移动机器人平台的行进策略分析
• §2-6 小结
• 第三章 轮腿式移动机器人平台运动学分析
• §3-1 引言
• §3-2 轮腿式移动机器人平台转向运动学分析
• §3-3 轮腿式移动机器人平台位姿模型分析
• 3-3-1 建立坐标系
• 3-3-2 正运动学分析
• 3-3-3 逆运动学分析
• §3-4 逆运动学分析结果验证
• §3-5 轮腿式移动机器人平台参考点与轮腿末端的姿态关系
• §3-6 小结
• 第四章 轮腿式移动机器人平台越障性能分析
• §4-1 引言
• §4-2 轮腿式移动机器人平台质心位置的计算和稳定性的判定方法
• 4-2-1 轮腿式移动机器人质心位置的计算
• 4-2-2 轮腿式移动机器人平台稳定性的判定方法
• 4.3 轮腿式移动机器人平台越坡性能分析
• 4.4 轮腿式移动机器人平台跨越台阶性能分析
• 4.5 轮腿式移动机器人平台跨越沟槽性能分析
• 4.6 小结
• 第五章 轮腿式移动机器人平台运动仿真
• §5-1 引言
• §5-2 UG 软件介绍
• §5-3 零件的建模和装配
• §5-4 UG 运动仿真
• 5.4.1 跨越台阶的运动仿真
• 5.4.2 跨越斜坡的运动仿真
• 5.4.3 跨越沟槽的运动仿真
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢