轮腿移动机器人平台运动学和动力学分析

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轮腿复合机器人由于既有轮式移动机器人的快速通过的特性,又有腿式机器人对复杂环境的强大的适应能力,逐渐成为当今移动机器人的主要的研究方向之一。本文设计了一种新型的轮腿式移动机器人平台。在平整路面上可相当于普通的轮式机器人行驶,在非平整路面上时又可通过前后轮腿和安装在机器人车体中部的调倾电机来跨越壕沟、障碍或者增强机器人的通过能力,能跨越相当于机器人车轮直径1.2倍高度的障碍,爬上40°的斜坡,并能在40°的侧斜面上顺利通过,并可实现坡上制动,具有较强的地形适应能力。本文首先介绍了轮腿复合机器人的结构特点。分析了机器人在不同环境下越障和跨越壕沟时的姿态的变化。对机器人的转向运动学进行了分析,并建立了机器人的运动学方程。在此基础上通过将非平整地面对机器人的影响等价为作用在机器人上的两个力,分析了机器人在非平整地面上的运动学问题。利用MATLAB模拟了几种典型地面分析了其对机器人运动的影响。然后对机器人进行了越障和转向的动力学分析。在越障中引用了几何包容的概念,并对其进行了分析,同时利用ADAMS软件中的设计研究工具对机器人几何包容与越障过程中能量的消耗之间的关系进行了分析。最后建立了机器人的二自由度模型,对机器人转向时的稳态和瞬态响应进行了分析,利用Simulink搭建了转向动力学方程的模型,并分析了稳态角速度增益变化,机器人的转向时横摆角速度的稳定值的变化和质心侧偏角阶跃响应。验证了机器人的结构能否满足机器人的转向要求。
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