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基于虚拟样机技术的仿壁虎机器人步态规划及运动仿真

阮鹏  
【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。壁虎是一种可在地面、陡壁、天花板等不同法向面上灵活运动的四足动物。仿壁虎机器人就是模仿自然界中壁虎的精巧结构、运动原理和行为方式的机器人系统。仿壁虎机器人有着很强的运动灵活性,同时对行走地面要求低,有着广阔的发展前景。 本文首先介绍了国内外爬壁机器人的研究进展。然后论述了足式步行机器人结构设计的相关理论。基于对大壁虎解剖学和运动方式的研究,介绍了仿壁虎机器人的结构设计和技术特点。对机器人腿部关节机构进行正向与逆向运动学分析,推导了机器人三自由度手臂的运动学方程及雅可比矩阵。设计了具有主动脱附和吸附系统的第二代仿壁虎机器人,并对其结构特点进行了简要的分析。通过对大壁虎步态的研究,针对仿壁虎机器人,规划了一种仿生物的墙面爬行对角步态。针对第二代仿壁虎机器人,规划了一种身体呈S型的对角步态和三角步态。在MSC.ADAMS软件中建立机器人的虚拟样机并进行了步态仿真,对仿真结果进行分析,检验了机器人结构和步态的可行性。研究了仿壁虎机器人地面-墙面过渡步态。 利用ADAMS和Matlab/Simulink分别建立机器人机械系统模型和控制系统模型,对仿壁虎机器人虚拟样机进行了联合仿真:建立了基于PID的控制系统模型,实现了仿壁虎机器人的联合步行仿真;通过对仿生学的研究,设计使用弹簧-阻尼模型来模拟粘附力,并以此为基础建立机器人的动力学模型,对以运动学为基础生成的步态数据进行模拟分析,认定其可行性。


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1 章旭君;仿壁虎机器人的机构设计与仿真[D];南京航空航天大学;2005年
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