“轮-足-辐”变构态移动机器人的设计与变形规划

作     者：叶滨 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高峰

授予年度：2020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：变形规划 变构态 实验 仿真 

摘      要：虽然未知的环境是危险的,但人们总是对它感兴趣。为了探索未知的环境,人们创造了多种机器人。其中,变构态机器人和移动机器人是运用最为广泛的机器人类别。变构态机器人可以利用自身对机器人构态的重新规划以适应未知环境;移动机器人能够实现机器人在未知环境中的平稳行走。目前所设计的移动机器人主要分为轮式移动机器人和足式移动机器人。这两种移动机器人都具有其优点和局限性。轮式移动机器人行走速度快,但是不擅长翻越障碍;足式移动机器人擅于在凹凸路面行走,但是行走速度慢。因此,本文根据移动机器人和变构态机器人的特性,设计了一种能在未知环境里高效行走并执行任务的变构态机器人。该变构态机器人有四种不同的构态,分别是:六足构态、两轮构态、三轮构态和轮辐构态。其中,六足构态的机器人可在凹凸路面上行走;当遇到较大障碍时,根据需求,可以切换成轮辐构态行走;当在平稳路面上之时,可以选择采用两轮构态行走并执行任务;当不需要执行任务并且希望机器人快速行走时,可以切换到三轮构态。本文主要介绍了该变构态机器人的硬软件组成、机械腿的运动学分析、四种不同的构态之间的变形规划,最后用实验与仿真分别对变形规划进行验证其可行性。