輪足混合式四足機器人運動規(guī)劃與跟蹤控制的研究.pdf

1、近年來，災難時常發(fā)生，人們所面對的被災難破壞的環(huán)境復雜危險。為完成搜救任務，同時保證搜救人員的安全，我們希望機器人能夠代替人到最危險的環(huán)境中完成救援任務。本課題就是圍繞“搜索救援”這一主題，以輪-足混合式移動機器人為載體，研究機器人在復雜路況中的運動情況。
　　本文首先在Pro/E中構建機器人的三維模型，然后將此三維模型導入到ADAMS中產(chǎn)生虛擬樣機模型，這個虛擬樣機模型是本文研究的對象。隨后，我們分析了機器人的運動學，研究了機器

2、人腿的結構圖。在不同路況下，機器人的軀干與地面平行或者有夾角，根據(jù)這種差別我們分別推導出hip關節(jié)處的坐標以及腿末端點坐標與腿的三個關節(jié)的轉動數(shù)據(jù)的關系。根據(jù)這種關系，規(guī)劃出機器人在平面運動的兩種步態(tài):COG后退步態(tài)、S形步態(tài)，并將這兩種步態(tài)應用到上下樓梯中。
　　COG后退步態(tài)要求機器人在一個步態(tài)周期內(nèi)進行多次軀干的調整，這個調整使機器人的COG向后移動，因此機器人在該步態(tài)下，速度會出現(xiàn)有正有負的情況，不過正是由于機器人的COG

3、向后運動，為機器人提供了足夠的穩(wěn)定余量，使機器人在這種步態(tài)方法下?lián)碛泻艽蟮目缭骄嚯x。S形步態(tài)相對于COG后退步態(tài)而言相對簡單得多，S形步態(tài)在一個步態(tài)周期內(nèi)調整的次數(shù)為2次，而且這兩次調整是對稱的，機器人運動時左邊和右邊的腿的運動也是對稱的。不過S形步態(tài)最大的不足就是在該步態(tài)的一個步態(tài)周期內(nèi)移動距離比較小，因而這種步態(tài)很適合小步快跑的機器人。
　　對于混合式機器人在輪式運動方面，我們主要研究其對規(guī)劃好的路徑點的軌跡跟蹤，設計了一個模

4、糊控制器，該模糊控制器有兩個輸入兩個輸出，輸入是目標點與參考點的距離和方向誤差;輸出是機器人移動的速度和機器人方向角的變化率。將這兩個輸出通過速度轉換模塊轉換后，變?yōu)檩喪叫≤囎笥逸喌霓D動角速度，從而驅動小車運動。通過MATLAB和ADAMS的聯(lián)合仿真，證實了該控制器的可行性。
　　同時，我們還分析了機器人在光滑平面的運動情況，通過調節(jié)機器人關節(jié)的參數(shù)，機器人可以像人溜冰一樣在光滑路面以不同的運動速度前進;此外，我們對機器人在光滑路