高速重载步行机器人动力学分析及步态规划

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现阶段世界各地,自然灾害、突发事件和恐怖活动频发,威胁着人们的生命财产安全。因此,面对无法预估的灾难现场和救援工作,开发新型移动式并能够快速且重载的搬运机器人,开展搜救、运输物资等救援工作成为移动机器人主要研究的课题。本文提出一种轮足复合式(7)2-UPS(10)U(8)&R串并混联机构的高速重载机器人,其研究目的主要是为了实现复杂环境下的高速度重载荷搬移及救援等。本文从机器人机构、运动学、动力学、稳定性、步态规划和实验几个方面进行研究:首先,根据机器人步行环境及行走速度要求,并结合人体仿生原理,提出轮足复合式串并混联腿部机构和内外架机体机构。在此基础上提出高速重载的设计目标,并根据设定的速度及载荷分析机器人机构。作为后续分析的基础,对腿部机构及机器人整机进行位置分析,并求解腿部机构的工作空间。其次,基于上述求解的工作空间及位置分析,对机器人腿部机构的雅克比矩阵及各条腿的速度进行求解,并分析高速重载机器人整机的速度。根据腿部机构各杆的速度并结合拉格朗日方程建立机器人腿部机构的动力学方程。再次,规划机器人腿部机构的足端轨迹,针对一般情况下足端轨迹及越障情况下足端轨迹两种情况进行规划。并基于机器人静态稳定性及动态稳定性对高速重载机器人进行步态规划,本文主要进行两种步态规划,包括对角小跑步态及机器人越障步态。最后,基于上述机器人腿部及整机运动学和动力学、轨迹及步态规划,对机器人的腿部机构及整机进行虚拟样机仿真,并对该高速重载机器人的电机及电动推杆进行选型,对现有样机进行轨迹规划实验,验证所求理论的正确性。
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