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类壁虎机器人步态规划研究及运动控制系统研制

代良全  
【摘要】: 类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。壁虎有着很强的运动灵活性,对行走地面的适应能力强,通过学习和模仿壁虎研制的类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。 本文首先介绍了爬壁机器人的研究现状和进展情况。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,设计了类壁虎爬壁机器人的机械结构和驱动形式。对机器人腿部关节机构进行运动学分析,推导了机器人三自由度手臂的运动学方程,并在此基础上求解了机器人单足的工作空间和越障能力。针对第一代机器人结构和驱动上存在的问题,设计了具有主动脱附和吸附功能的改进型机器人。简要介绍了足式步行机器人步态规划及仿真,针对本文研究的类壁虎爬壁机器人,设计了对角小跑步态、三角爬行步态和原地转向步态,解决了机器人运动中的过驱动问题。在MSC.ADAMS软件中建立机器人的虚拟样机并进行了步态仿真,检验了机器人结构和步态的可行性。同时规划了改进型机器人的步态并进行仿真分析,并探索研究了机器人地面-墙面过渡步态。 基于上位机—下位机模式的控制系统,实现了通过无线模块进行数据交换和控制指令的传输。根据仿真分析得出的步态数据,编写了片上机器人控制系统程序,并设计了PC机端的集无线控制、数据传输和无线视频监控一体化的机器人控制软件。最后对机器人进行实验并不断完善机器人结构和运动步态,实验结果证明了设计方案的正确性和有效性。


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