两栖机器人结构设计及运动学建模.pdf

《两栖机器人结构设计及运动学建模.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、602010，46(10)cD唧姚r西画册e^昭∞dApp如m幻邶计算机工程与应用两栖机器人结构设计及运动学建模张万绪，张建斌，张远ZHANGWan—xu，ZHANGJian—bin，ZHANGYuan西北大学信息科学与技术学院，西安710127Sch∞IofInfo聊ationScienceandT如hnology，NonhwestUnjve画t)r，)【i’粕710127，ChinaE—mail：zllan996188@126．comZInNGWan一舶。ZI队NGJian—bin。ZHAN

2、GY岫n．Stmctu№d髂i驴ofampmio璐robotandI【i眦啪ti岱modeUⅡg．ComputerEngin∞血gandAppⅡ∞饰啷，2010，46(10)：60—63．Abstract：There8earchonamphibiousbionicrobotisarisinghotspotcurrently，it’s锄importantbranch0fmilitarymbots．Thispaperputsforwarddesi印ideaof砌phibiou8mbot，iden陇e

3、sanumberofkeypa船mete玛，such够electricaI，travellingmech粕i锄agencies，锄d∞tablisheskinematic8modelofamphibiousrobot，validate8correc协e黯ofroboticmovementbysimulation．1【eyword：砌phibiousmbot8；kinematics；∞lid8imulation摘要：两栖仿生机器人的研究是当前新兴的一个热点，它是军用机器人研究的一个重要分支。提出一

4、种两栖仿生机器人的设计思路，确定了一些关键参数，如电机、游动机构等。并对两栖机器人仿鱼游动的运动学进行建模，最终通过实体仿真验证方案的可行性。关键词：两栖机器人；运动学；实体仿真DoI：10．3778／j．i8sn．1002—8331．2010．10．020文章编号：1002—8331(20lO)lO一0060一04文献标识码：A中图分类号：卯241引言机构在两栖机器人设计中占有重要的位置，是整个机器人构成中—个不可缺少的部分，它与机器人设计有着不可分割的内在联系，与构成机器人的各种要素有着千丝

5、万缕的关系，直接影响到产品没计中的功能、形态等最基本的要著n。功能上，机构除了直接为满足和达到产品的基本功能外，对改善和扩展产品功能起到直接作用。最常用的机构为平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构三种。平面连杆机构中最为常用的是由4根杆组成的平面四杆机构，它亦是最基本的平面连杆机构。铰链四杆机构有三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。除基本形式的铰链平面机构外，还有由此演化而成的其他形式的平面四杆机构——曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构。形态上由于机构是由各种构件组成的，

6、『fif构件的组合形式必然会影响到产品的基本结构，从而最终影响到机器人的外部形态。机构除了对产品的功能、形态有着直接的影响外，对产品的一些其他因素也有着不可分割的内在联系。通常机械功能要依靠一定的机构在一定的能量转化状态中才能得以实现。因此不同的能源使用将涉及到不同的机构形式，并随之影响到机器人的有关诸如生产成本，使用成本、环境效果等方面的因素，机构本身设计的合理与否也将影响到机器人的操作性能、安全性能及使用寿命日。水陆两栖仿生机器人是以大壁虎和鱼类运动方式为原型，以机器人为实现方法，实现爬行方

7、式和游动方式的仿生。因此仿生机器人必须要满足运动方式仿生。为了使机器人从理论到实现，在机器人的设计过程中必须要兼顾功能仿生与可实现性，因此在机器人的设汁过程中，必须考虑两个方面的要求与约束：(1)功能仿生；(2)元器件的可实现性。同时，为了使机器人具备更高应用价值和科研意义，在机器人的设计与实现中还要考虑以下几个方面的性能指标：(1)研制成本、复杂度；(2)控制系统的易实现性和控制方法的可试验性；(3)性能指标，包括爬行速度、游动速度、转弯半径等。根据以上设计原则和设计要求，仿生机器人的设计思路

8、如图1所示。设计阶段主要分为4个步骤：(1)理论模型；(2)模型仿真与仿真实验；(3)参数优化与设计方案修改；(4)机器人实际模型。2两柄机器人关键参数的确定2．1电机的选择与扭矩估算2．1．1电机的选择仿生机器人采用FuTABA公司的s9451和S3003舵机，电机的外形尺寸如图2所示。S9451舵机用于驱动爬行机构的四肢，S3003舵机主要用于驱动身体摆动。电机转动范围oo一1800，能满足爬行和游动的需要。FuTuBA电机的接线法则如图3所示。2．1．2s9451电机月乏受扭矩的估算因为l