基于MATLAB仿壁虎机器人步态规划研究与运动仿真

【摘要】： 作为仿生机器人的一个重要分支,仿壁虎机器人是当前特种机器人研究的热点。壁虎具有行动灵活,地面适应能力强的特点,通过学习和模仿壁虎研制的仿壁虎机器人继承了壁虎运动上的优点,具有广阔的发展前景。 本文首先介绍了仿壁虎机器人在仿生学和运动机构设计方面的研究现状和进展情况,接着分析了加入脚掌球关节后的新型仿壁虎机器人的结构特点,然后对机器人的腿部关节进行了运动学分析,推导了正运动学和逆运动学方程。在此基础上通过对壁虎爬行姿态的观察研究,为了弥补现有的步态规划方法中存在的运动协调性差、适用面窄等的不足,针对其非连续约束变结构运动的特点,设计了一种前脚掌姿态和落点位置参数可调的仿生多步态规划方法,最后使用MATLAB软件进行仿壁虎机器人步态规划程序的设计开发,并运用此程序规划了一组对角步态和一组三角步态,在现有的ADAMS仿真环境中进行了对角步态的仿真实验,结果表明仿壁虎机器人运动协调稳定,验证了仿生步态规划方法的正确性和可行性,为基于不同环境下多步态数据生成奠定基础。同时为了弥补现有仿真环境中由于缺乏对粘附力的定义,而采用正压力代替的不足,针对仿壁虎机器人脚掌粘附阵列在爬行过程中所产生粘附力的特点,设计使用弹簧—阻尼建立粘附力模型,并在Simulink/SimMechanies内运用机器人进行对角步态仿真实验,结果验证了使用弹簧—阻尼模拟粘附力的可行性,为进一步建立更加完善的仿壁虎机器人仿真环境奠定基础。