多足仿生步行机器人的机构设计与功能分析.pdf

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1、第9期机械设计与制造2013年9月MachineryDesign＆Manufacture35多足仿生步行机器人的机构设计与功能分析祝小梅，蔡勇，臧红彬(西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室，四川绵阳621010)摘要：设计了一种新型的多足仿生步行机器人的机械结构，运用D—H齐次坐标变换矩阵建立其运动学方程，并以最大越障能力为目标函数以连杆长度为约束函数对腿部机构进行优化，得出最佳多足仿生步行机器人的机械结构。基于虚拟样机技术对该多足仿生步行机器人进行爬坡能力、通过复杂路面能力、转弯步态规划等功能分析。仿真结果表明该多足仿生步行机器人机构具有自由度少、控制简单、运动灵活、

2、爬坡能力良好、地形适应性强、转弯稳定性好等特点。关键词：多足仿生步行机器人；虚拟样机；运动学分析；优化设计：功能分析中图分类号：TH16；TP242文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)09—0035—04MechanismDesignandFunctionalAnalysisofMulti-LeggedWalkingRobotZHUXiao-mei，CAIYong，ZANGHong-bin(SchoolofManufacturingScience＆Engineering，SouthwestUniversityofScience＆Technology，SichuanMi

3、anyang621010，China)Abstract：Amulti-leggedwalkingrobot’smechanicalstructureisdesigned。anditskinematicalequationisestablishedbyD—Hhomogeneouscoordinatetransformationmatrix．Withthemaximumcapacityofobstacletotheobjectivefunctionandwiththelinklengthstoconstraintfunctiontooptimizethelegsinstitutions，i

4、tobtainsthebestmechanicalstructureofmulti-leggedwalkingrobot．Basedonvirtualprototypingtechnology，itoptimizesthelegmechanismofthemulti—leggedwalkingrobot，andresearchesitsabilityofclimbing，throughtheroughpavementandsweweofthemuhi-leggedwalkingrobot．Theresuhsshowthatthemulti-legedwalkingrobothas3ol

5、nefeaturesincludingfewerfreedoms，easycontrol，flexiblemovement，goodclimbingability，goodterrainadaptabilityandstableturnability．KeyWords：Multi-LeggedWalkingRobot；VirtualPrototyping；KinematicalResearch；OptimizationDesign；FunctionalAnalysis存在180。的相位差，则该仿生机器人做直线运动；若最外面两对1引言足的运动存在转速差，则该仿生机器人做转弯运动。足式步行

6、机器人研究已成为机器人研究领域的热点之一㈣，国外最具代表性的是美国某动力学工程公司设计制造的机器“大狗”(Bigdog)~。国内在此领域的研究也取得了较大成果，如哈尔滨工业大学研制的两栖仿生机器蟹嘲和华中科技大学研制的“4+2”多足步行机器人。提出一种新型的八足仿生步行机器人，并对其进行运动学分析、腿部机构的优化设计、爬坡能力、通过复杂路面能力、转弯步态规划等功能分析。2机构设计与运动学分析图1八足仿生步行机器人整体模型2．1机构设计Fig．1MUhi-LeggedWalkingRobotModel设计的八足仿生步行机器人整体结构模型，如图1所示。它2．2腿部机构运动学分析的规格为：长

7、1200mm，宽780mm，高870mm。每对足共用一个驱八足仿生步行机器人的腿部机构由一种类似于斯蒂芬森六动电机，驱动电机通过齿轮传动带动圆盘转动，足上连杆与圆盘杆运动链的多连杆机构组成，其形式，如图2所示。运用D—H齐上的偏心轴连接，圆盘转动则可使得足开始运动。若最外面的两次坐标变换矩阵，沿着路线D_一c_D得出D点的运动方对足的输入相位一致，内部的两对足输入相位一致，且两种相位程(式1)册。来稿日期：2012—11-04基金项目：西南科技