越障运动学研究及其计算机仿真实现

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1、浙江理工大学硕士学位论文六足仿生机器人越障运动学研究及其计算机仿真实现姓名：叶献伟申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：高建华20090317浙江理1=大学硕十学位论文摘要六足仿生机器人模仿节肢动物的肢体结构，采用六足支撑，在快速行走时可以形成高效稳定步态，并能适应不同速度和不同载荷的要求，多种内在优点使其成为仿生机器人领域内的研究热点之一。在越障方面，因其立足点离散，跟地面接触面积小，在可达地面上可以选择最优支撑点，理应具有较强的障碍适应性、较好的越障稳定性、较高的越障效率等越障综合性能，然而其

2、越障特性究竟如何是亟待深入分析研究的问题。本文以基于六自由度关节式腿机构的六足仿生机器人为研究对象，针对障碍设置的工作环境，对其进行越障过程运动学分析，并在理论分析的基础上通过所建立的虚拟样机来进行机器人越障仿真。首先，通过采用统一参考坐标系的方法建立了六足仿生机器人越障运动学数学模型，并在运动学分析的基础上选取一个典型位姿对其进行具体的数值分析，同时基于牛顿一欧拉运动学方程给出了六足仿生机器人整体机构动力学分析方法。其次，在综合考虑越障效率与越障稳定性的情况下，对六足仿生机器人进行了越障步态以及越障方法

3、的研究，并提出了适合六足仿生机器人的越障方法。接着再综合六足仿生机器人的运动学分析以及越障步态、越障方法的研究基础上，对机器人越障能力、运动稳定性、越障效率与步态的选择给出具体的分析方法。最后，在理论研究分析的基础上，以前期在仿真软件中所构造的虚拟样机为研究对象，对六足仿生机器人虚拟样机进行越障运动学编程，动态模拟了六足仿生机器人跨越障碍物的全过程。同时，通过计算机仿真，验证了所建立的越障运动学数学模型的正确性，以及分析了机器人面对复杂障碍物路况时步态的选取问题。本文的研究工作丰富了目前六足仿生机器人的研

4、究内容。通过采用统一参考坐标系的方法，简化了六足仿生机器人整体越障运动学数学模型的公式推导，提出的两种越障步态的组合方式比较适合于复杂地形环境，以及六足仿生机器人越障方法与越障稳定性分析方法保证了机器人越障的可靠性。关键词：六足仿生机器人；越障；运动学；计算机仿真浙江理，I：人学硕十学位论文Obstacle-crossingKinematicsandSimulationResearchofHexapodBiomimeticRobotAbstractThehexapodbiomimeticrobotsimu

5、latesthebodyofarthropod．Itusessixlegstosupportthebody．Whenitgoesquickly,thegaitwillbeefficientandsteady．Moreover,itCanadapttodifferentspeedandload．Theinherentmeritsmakethehexapodbiomimeticrobotbecomeoneofthehottestresearchesinthebiomimeticrobotfield．Atthe

6、obstacle-crossingaspect，thestandsofthehexapodrobotarediscrete．Theyhavelittleinterfacewiththeground．AndtherobotCanchoosethemostexcellentpointsontheground．Soithasstrongerobstacleadaptability,betterobstacle—crossingstability,higherobstacle—crossingefficiency

7、,etc．However，thatwhatistheobstacle-crossingcharacteristicisaproblemtoberesearched．Thispaperuseshexapodbiomimeticrobotasresearchingobject．Itaimstoanalyzethekinematicswhenthehexapodrobotgetsacrosstheobstacle．Alsowewilldotheobstacle-crossingsimulationbycompu

8、terusingdummyrobotonthebasisoftheory．Firstly,thispaperestablishestheobstacle—crossingkinematicsequationofthebiomimeticrobotbyconsultingthesystemofcoordinates．Itchoosesatypicalpositionandgesturetoanalyzetheidiographi