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仿壁虎机器人的结构设计与运动学分析

虎强  
【摘要】:仿壁虎机器人作为仿生机器人的一个重要分支,是当前特种机器人研究的热点之一。生物壁虎是一种可以在地面、陡壁、墙面、悬壁等平面自由快速行走的四足动物。而本文的目的是设计能够在墙面上行走的仿壁虎机器人,研究的内容涉及仿壁虎机器人机械结构设计、三维建模和仿真分析、步态规划、运动学分析以及仿壁虎机器人控制系统设计。 本文首先对仿壁虎机器人的国内外背景进行了详细的介绍,根据对生物壁虎的吸附技术和移动技术的特点,设计了仿壁虎机器入的机械结构,对仿壁虎机器人的自由度进行了分析以及三维软件设计和装配工作。其次对仿壁虎机器人的步态规划进行设计,通过对比几种不同的步态,确定本文采用对角线的步态方式,并对对角线的步态进行了仿真验证,从而保证了仿壁虎机器人的运动轨迹的正确性。 对仿壁虎机器人进行了运动学的分析,分析各个关节在运动过程中摆动夹角以及电机的扭矩等情况。通过对运动学分析,介绍了仿壁虎机器人的控制系统,通过采用单片机控制伺服舵机来实现移动,最终对仿壁虎机器人的步态编写的控制程序进行了验证试验,根据仿壁虎机器人的实验结果对控制程序进行了修改,设计的仿壁虎机器人能够在垂直面上进行行走。 研制出的仿壁虎机器人验证了本文所讨论的机械结构设计、步态规划、以及控制系统具有一定可行性,理论分析结果具有一定的指导意义。


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