并联变胞变尺度轮腿混合四足机器人研究

作     者：李姗姗 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王洪波;卢云山

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：并联机构 变胞变尺度 转弯步态 稳定性 

摘      要：设计出一款既能快速移动,又能穿过崎岖地面的并联变胞变尺度轮腿混合机器人,会具有很高的实际应用价值,而本文中的机器人是三种运动模式可转换的,既能够迈步行走,又可以进行有动力轮的车辆式移动,还可以进行无动力轮的旱冰式滑行,将会拓宽机器人的应用领域。本文通过对机械腿的机构进行变胞结构改进、变尺度构件改进设计,使机器人的机构学性能和自由度特性根据实时需求而改变,让机器人的灵活性和环境适应能力得以提高。首先,从仿生学的角度,机械腿的初始构型确定为6个自由度的3-UPS并联机构,设计机械腿的运动副和构件并完成布局,完成了机器人整机机构的三维构型,并对单腿机构进行了位置分析。其次,为使机械腿具备改变自身的机构构型、自由度数目和类型的功能,完成了变胞变尺度结构的改进设计。根据并联轮腿混合机器人的机械腿功能确定机械腿结构,并建立其变胞规则和变尺度规则,最终确定出整机模型。再次,分析了机器人机械腿在上平台的布置方式,确定出最终的布置方案,并应用虚功原理等对机器人整机进行运动学和动力学分析,并使用MATLAB软件对机器人整机的动力学进行仿真验证。然后,规划了机器人的足端步态规划,分析了该机器人分别在采用静态步态和动态步态时,保持稳定性的理论依据。在稳定性分析的基础之上,规划了波浪步态、对角小跑步态以及转弯步态,最后对机器人进行了摆动腿的轨迹规划并利用软件进行了步态仿真验证。本文为并联轮腿混合机器人的设计提供了新的思路,也为深入探索构型、性能实时可变机构提供了理论方法和依据。