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《冗余驅(qū)動仿壁虎機器人運動學分析與仿真.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、27卷第10期計算機仿真2010年10月文章編號：1006—9348(2010)10—0140—04冗余驅(qū)動仿壁虎機器人運動學分析與仿真黃偉峰，孫樹棟，李琥(西北工業(yè)大學機電學院，陜西西安710072)摘要：研究仿壁虎機器人處于多足吸附支撐狀態(tài)時，出現(xiàn)冗余驅(qū)動問題，機器人驅(qū)動難度較大，為協(xié)調(diào)機器人各關(guān)節(jié)運動和姿態(tài)控制，討論了一種冗余驅(qū)動的仿壁虎四足機器人的自然約束條件，推導了機器人三足吸附狀態(tài)時冗余驅(qū)動變量與獨立驅(qū)動變量的位置和速度關(guān)系，建立r機器人機體正運動學方程，同時建立r機器人的逆運動學方程，用來驗證正運動學方
2、程的正確性。機器人正運動學方程是一個高次方程，有16組解，數(shù)字仿真結(jié)果表明只有一組解滿足實際模型要求。逆運動學分析結(jié)果及仿真結(jié)果驗證了正運動學的正確性。關(guān)鍵詞：壁虎機器人；正運動學；逆運動學中圖分類號：TP242文獻標識碼：AKinematicsAnalysisandSimulationofaGeckoI沁botunderOver—actuationHUANGWei—feng，SUNShu—dong，LIHu(SchoolofMechatronics，NorthwesternPolytechnicalUniversi
3、ty，Xi’an710072，China)ABSTRACT：ThephenomenonofOver—actuationexistwhenthegeckorobotgraspattheplanewithmulti—leg．thenaturalconstraintconditionisdiscussed，andtherelationshipsbetweentheindependentactuationjointsandre·dundantonesofcrawlgaitfortherobotarederived．SOthe
4、directkinematicssolutionoftherobotispresentedandthemulti—iointCanbeCoorclinated．Furthermoretheinversekinematicsisanalyzed．Itisfoundthatthedirectkinemat．iessolutionneedstosolveasixteen—orderpolynomialequation，butonlyonesolutioniscorrect．Theresultsarever-ifiedbyt
5、heinversekinematicsandsimulations．KEyWoRDS：Geckorobot：Directkinematics；Inversekinematics1引言仿壁虎機器人是能夠在地面、壁面及天花板E自由行走的四足機器人，由于壁虎機器人結(jié)構(gòu)采用足式、控制靈活、對壁面的適應能力強、具有很強的越障能力，所以研究一種能夠仿壁虎行走的攀爬機器人具有廣闊的發(fā)展空間。仿壁虎機器人腿部機構(gòu)處于擺動相時，運動系統(tǒng)為開環(huán)串聯(lián)機構(gòu)，機構(gòu)的自由度多，對于這種機構(gòu)已有很多研究，采用D—H方法即可建立出擺動相腿的運動學模
6、型；而當腿部處于支撐相時，機器人腳掌在目標體上形成穩(wěn)定的連接，機構(gòu)演變?yōu)殚]環(huán)并聯(lián)機構(gòu)，自由度少，機構(gòu)處于過約束狀態(tài)，機器人運動過程中，腳掌的吸附狀態(tài)變化對機器人的約束狀態(tài)也產(chǎn)生了影響，為機器人的姿態(tài)控制、步態(tài)規(guī)劃及驅(qū)動帶來了很大難度?。從文獻[2]可知，為了提高機器人的抗傾覆基金項目：西北工業(yè)大學創(chuàng)業(yè)種子基金資助項目(W016647)收稿日期：2009—07—09一140一能力，在對仿壁虎機器人進行步態(tài)規(guī)劃時一般采用爬行步態(tài)，所以機器人在運動過程中至少有三只腳掌與肇面吸附，此時機器人處于過約束狀態(tài)，同時在實驗過程中發(fā)
7、現(xiàn)過約束產(chǎn)生的內(nèi)力對腳掌的吸附力產(chǎn)生了很大影響，在文獻[1]中提出了解決方法，但沒有對機器人運動學做更深一步研究，本文推導了機器人冗余驅(qū)動量與獨立驅(qū)動量的關(guān)系，建立了機器人機體的運動學方程，為機器人步態(tài)規(guī)劃研究、協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)的驅(qū)動變量、減少過驅(qū)動產(chǎn)生的內(nèi)力做好準備。2機器人機構(gòu)仿肇虎機器人結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，吸附方式采用真空負壓吸附。機器人機構(gòu)采用四足對稱分布結(jié)構(gòu)，使機器人結(jié)構(gòu)簡單，利于分析。每條腿采用開環(huán)機構(gòu)，具有四個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，其中有三個主動關(guān)節(jié)屯，純，y。(i=l，2，3，4表示四條腿的編號)，為了實現(xiàn)機器人每個關(guān)
8、節(jié)的精確驅(qū)動，同時減小機器人重量，減小由重力產(chǎn)生的重力矩對機器人抗傾覆能力的影響，每個主動關(guān)節(jié)采用一個小型舵機驅(qū)動。一個隨動關(guān)節(jié)佛，可以隨機構(gòu)位置的變化而隨動，調(diào)節(jié)機器人機體運動過程中產(chǎn)生的內(nèi)力，減小內(nèi)力對吸盤的力作用，使吸盤有效吸附，增強機器人的抗傾覆能力。每個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的布置形式如圖1，采用這樣布置可以減小機器人重心與壁面之間的距離，減小由重
