仿生蟑螂机器人运动灵活性研究

admin · 发表于 2025-1-31 20:35:47

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多足步行机器人研究技术飞速发展，尤其是仿生蟑螂机器人日益受到研究者的重视。本文以国家863项目“具有多传感信息的智能机器蟑螂运动灵活性研究和系统开发”为依托，基于直接串联和双四连杆构型研究开发了具有触须传感功能的仿生蟑螂机器人，采用解析法推导了机器人的运动学算法，并进行了相应的实验研究。本文综合介绍了蟑螂机器人的腿机构和机身结构的设计，基于直接串联式和双四连杆构型，分别设计并开发了两种仿生蟑螂机器人样机。根据静力学分析了机构特点，校核了机器人关节电机，分析并仿真了双四杆机器蟑螂的承载能力，研制开发了的快速、灵活的蟑螂机器人样机。从仿生蟑螂机器人机构特点出发，分别以单腿工作空间和整机雅克比矩阵的条件数倒数作为灵巧度指标，对机器人机构参数进行优化配置，选择了最优的杆长比例，并建立ADAMS参数化仿真模型进行实验研究，仿真结果与理论分析相吻合，验证了优化配置的可行性和正确性。同时对蟑螂机器人关节杆和足端柔性进行了分析与仿真研究，结果表明柔性材料的添加能减轻换足冲击对机器人本体的影响，从而提高运动稳定性。基于所设计机器人构型进行了运动学分析，包括蟑螂机器人整体的逆向运动学分析，单腿的前向和逆向运动学分析。同时进行了仿真验证，并进行了机器人动力学仿真。仿真中的机器人与设计的运动情况吻合，验证了设计的可行性。同时，本文根据位置敏感探测器PSD的基本原理和结构，设计了一种新的触须传感器机械结构，分析了该结构的力学特点，用已知的光斑位置计算出触须末端的位移量。根据开发的触须传感器样机进行了机器人避障行走实验研究，实验结果表明研制的触须传感器工作稳定良好，基本满足了机器人行走避障要求。最后以自主研制的仿生蟑螂机器人为对象，本文分别进行了平坦路面和崎岖路面的直线行走、定点转弯以及承载行走等实验研究，实验结果充分验证了所设计机械结构的合理性，运动学算法的正确性和控制系统的可行性。

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