两栖多足机器人运动规划及相关技术研究

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1、哈尔滨丁程大学硕士学位论文摘要本文来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机器蟹基础技术研究"。在国内外研究调研的基础上，本文针对两栖多足机器人的运动规划，在机器人的机械结构设计、运动学模型的建立、运动学正反解分析、步态规划、控制系统设计和仿真分析等方面做了以下研究：对机器人的自由度进行设计，安排自由度的个数及分布，通过计算验证了其合理性。在此基础上，按照模块化设计思想，进行了机器人的机械结构设计。针对两栖多足机器人控制系统的特点，进行了机器人的控制系统的设计。在此基础上，设计了系统中的关节伺服驱动模块的硬件、USB接口模块的软硬件，并对其它模块展开了研究。针对此机器人的结构特点，根据D．H

2、坐标法则，建立了单足及多足运动学模型。在此基础上进行运动学正反解分析，得到了用于运动学反解的方程和雅可比矩阵。此外，对运动学逆解的循环逼近法进行了分析，研究了循环死区现象，并提出了改进算法。建立了落地足运动学模型并对其进行了运动学分析。根据步态规划的任务，针对此机器人提出了平面移动步态及用于步态规划的躯体固定法。对躯体固定法进行了理论分析，并提出了具体的应用步骤。按照此法给出了步态规划的实例，获得了各腿末端的运动学方程。在Simulink仿真环境下搭建仿真模型，根据步态规划的结果进行了运动学反解运算，获得了此步态中各关节驱动变量。同时对循环逼近法进行仿真分析，验证了理论分析的正确性。然后

3、搭建基于SimMechanics的运动模型，进行了单足和多足运动仿真分析，分析结果表明反解运算是正确的，并与步态规划的期望一致。关键词：两栖多足机器人；运动规划；步态；运动学反解；Simulink哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractTheresearchissupportedbyprojectof‘BiologicallyInspiredCrab—likedAmphibiousRobotStudy’whichisfundedbyNSFC(NationalNaturalScienceFoundationofChina)．Afterreviewingrelativeresearchsa

4、thomeandabroad，thisdissertationfocusesstudiesonmotionplanningofanamphibiousmulti—leggedrobot，includingresearchesonmechanicaldesign，kinematicmodel，analysisofforwardandinversekinematics，gaitplanning，designofcontrolsystemandkinematicanalysisbasedonsimulation．TheconfirmationoftheDOFoftherobotisdesign

5、edandisprovedbythecalculationofDOF．Thenthemechanicalpartsaredesignedwhichcomposethewholerobot．BasedonD—Hcoordinatesystem，thekinematicmodelsofsinglelegandmulti—legsoftherobotareestablished，followedbykinematicanalysisofswinglegswhichresultsinequationsandjacobianmatrixforinversekinematicssolution．Be

6、sides，byanalyzingthecyclicapproximationmethodforinversekinematicssolution，theimprovedalgorithmisproposedtoavoidthecyclicdeadzone．Finally,thekinematicanalysisbasedonthejacobianmatrixforstancelegsisperformed．．Accordingtothedutyofgaitplanning，thePlanMovementgaitiscreatedfortherobot，forwhichtheMotion

7、lessTrunkMethodissuggestedtoplanthegait．Furthermore，anexampleofgaitplanningthroughsuchmethodisin仃oduced，inwhichkinematicsequationsforlegendsareobtained．Basedonmultilevelhierarchicalcontroltheory,theschemeofcontrolsyste