六足樓梯攀爬機(jī)器人設(shè)計(jì)及其步態(tài)優(yōu)化研究.pdf

1、樓梯本質(zhì)上是為有腿生物設(shè)計(jì)的。本文設(shè)計(jì)了一種六足樓梯攀爬機(jī)器人，并對(duì)其樓梯攀爬的步態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化研究。本文主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果有：
　　 首先，設(shè)計(jì)了一種六足樓梯攀爬機(jī)器人，詳細(xì)介紹了該機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案并且進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算。該機(jī)器人設(shè)計(jì)以行走效率和穩(wěn)定性為主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用了六足設(shè)計(jì)方案，可以很好地適應(yīng)樓梯和其他不平整的地面環(huán)境，從而可以獲得良好的機(jī)動(dòng)性能和較好的穩(wěn)定裕度。機(jī)器人的后腿除了3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)外，還具有兩個(gè)伸縮關(guān)節(jié)，這種

2、設(shè)計(jì)可使機(jī)器人在樓梯攀爬過(guò)程中具有較好的維持機(jī)器人本體姿態(tài)平衡的能力。機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了錐齒輪對(duì)和絲桿螺母副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了空間利用率和傳動(dòng)效率。采用電機(jī)制動(dòng)和雙向離合器的制動(dòng)方案，使機(jī)器人具有較好的斷電保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的安全性。
　　 其次，采用Denavit-Hartenberg法對(duì)六足樓梯攀爬機(jī)器人的前腿和后腿進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，推導(dǎo)出正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。采用拉格朗日功能平衡法對(duì)前腿和后腿的多剛體

3、動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析，推導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)模型。為步態(tài)規(guī)劃與優(yōu)化分析提供了條件。
　　 最后，利用多目標(biāo)進(jìn)化算法對(duì)機(jī)器人的平地行走步態(tài)與樓梯攀爬步態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化研究。針對(duì)三角步態(tài)模式，以能量消耗最小和力矩變化最小作為優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)機(jī)器人的平地行走進(jìn)行步態(tài)優(yōu)化；以機(jī)器人的關(guān)節(jié)沖擊最小和運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短為優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)機(jī)器人向上樓梯攀爬步態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化。利用三維仿真軟件對(duì)機(jī)器人的優(yōu)化步態(tài)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的六足樓梯攀爬機(jī)器人方案能夠