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仿壁虎机器人地壁过渡步态研究

王焕  
【摘要】:壁虎是一种可在地面、陡壁、天花板等不同法向面上灵活过渡的四足动物,现有的仿壁虎机器人能够实现墙面和地面的稳定爬行,但还未能有效地进行地壁过渡。因此研究仿壁虎机器人垂直地面间的过渡行走具有重要的意义。本文首先论述了国内外仿壁虎机器人及其地壁过渡步态的研究进展。通过运用机器人学运动分析的相关理论,对机器人的关节型腿机构进行了正向和逆向运动学分析,计算了腿部三个电机的转动范围。前期本课题组研究大壁虎地壁过渡步态发现壁虎多采用直爬或侧爬式过渡方式,以此为依据,给仿壁虎机器人规划了一种侧爬式地壁过渡步态。通过Matlab拟合出仿壁虎机器人身体中心的运动轨迹,在轨迹上选取一些关键点计算过渡时电机的转动数据,并通过计算筛选确定出脚掌足端落脚点,在Matlab中对整个过渡过程进行了仿真;以Matlab中的关键步态作为关键帧在3ds MAX中对整个过渡过程进行了仿真,得到过渡过程中每一帧的关节旋转数据;在ADAMS软件中建立机器人的虚拟样机,导入3ds MAX得到的关节旋转数据对过渡过程进行了仿真。利用Matlab、3ds MAX和ADAMS分别对仿壁虎机器人地壁过渡步态进行仿真,对比生物壁虎的过渡步态数据和3种仿真得到的机器人身体中心、各关节的旋转曲线和力学关系,结果表明:仿真结果和生物壁虎的相关数据有较高的相似度,为后期在机器人的运动测试提供了很好的参考和支撑。


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