六足机器人的设计与步态分析

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随着社会的不断发展进步和人们对各领域的不断探索,制造出能够适应不同环境的机器人已经成为人类的迫切需要。相比较于传统的轮式机器人,足式机器人的结构使得其在应对各种复杂地形的时候能够游刃有余。六足机器人作为典型的足式机器人,人们对它的研究一直在进行。本文通过对六足昆虫的研究及文献阅读,旨在设计一种体积、负重都较大的六足机器人,并通过制作原理样机对其性能进行验证。首先,对六足机器人机械结构方面,本文首先通过对蚂蚁生理结构的研究以及国内外文献查阅,形成了包括腿的分布、自由度分析、整体结构设计、躯干结构设计、腿部结构设计以及足端结构设计等内容的设计理论,并利用这些理论设计了一台原理样机。最后通过对六足机器人进行静力学分析及有限元分析,得出符合需求的设计方案。其次,在六足机器人运动学分析及步态规划方面,本文首先通过建立D-H模型对六足机器人摆动腿和支撑腿进行了正逆运动学分析,得出了腿部各个关节转角和足端位姿的关系。然后通过对六足机器人进行占空比分析、三种步态规划分析以及稳定性分析,详细比较了三足、四足、五足步态的优缺点,最后选择合适的步态作为六足机器人的运动步态,为之后进行原理样机验证打下基础。最后,在六足机器人控制系统设计方面,本文首先通过对控制系统进行总体设计,将整个系统分为运动功能模块、摄像功能模块及能源模块三个部分。其次,针对每个模块,本文通过对主要部件的研究分析,逐步实现各个模块的预期目标,并且通过原理样机进行验证。综上所述,本文对六足机器人的机械结构设计以及控制系统设计两个方面进行了设计方法研究。在此基础上,本文针对设计的六足机器人进行了运动学分析以及步态规划分析,并且将分析结果应用到对六足机器人的设计优化中,使得六足机器人的设计更加简便合理。同时本文通过制作原理样机对上述设计方法进行了验证,对六足机器人的设计推广有较好的理论指导作用。
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