復(fù)雜地形環(huán)境下輪腿機(jī)器人穩(wěn)定性研究.pdf

1、輪腿復(fù)合式移動機(jī)器人結(jié)合了輪式移動機(jī)器人移動迅速、靈活及腿式移動機(jī)器人越障能力強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。本課題基于天津市科技計劃項目“廣域危險環(huán)境下泄漏監(jiān)測預(yù)警與突發(fā)事故輔助救援系統(tǒng)”（10ZCKFSF01400）進(jìn)行研究。穩(wěn)定性是移動機(jī)器人工作性能的重要指標(biāo)，針對實(shí)際環(huán)境下的運(yùn)行需求，本文圍繞機(jī)器人的姿態(tài)變化、運(yùn)動能力和穩(wěn)定性判定進(jìn)行研究。
　　根據(jù)輪腿式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和姿態(tài)變化方式，基于機(jī)器人空間剛體速度完成接地角計算

2、，并運(yùn)用坐標(biāo)變換法建立機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的運(yùn)動學(xué)模型，得出機(jī)器人輪地接觸點(diǎn)和質(zhì)心的坐標(biāo)表示。針對不同工作狀態(tài)，研究機(jī)器人初始姿態(tài)的設(shè)定和不同地形下的越障姿態(tài)，并推導(dǎo)得出機(jī)器人擺臂的姿態(tài)變化與平臺姿態(tài)的運(yùn)動學(xué)關(guān)系。
　　研究了機(jī)器人面對臺階、凸臺、溝槽和小型障礙的通過能力，得出機(jī)器人四輪著地時可直接通過地形的包容條件及其結(jié)構(gòu)特征對通過能力的影響。通過對機(jī)器人受沖擊和緊急制動狀態(tài)下穩(wěn)定性的研究，驗(yàn)證了機(jī)器人運(yùn)動速度的合理性。從力和力

3、矩角度對機(jī)器人斜坡運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析，得出機(jī)器人可穩(wěn)定運(yùn)行的最大斜坡坡度，驗(yàn)證了擺腿姿態(tài)合理變化對運(yùn)動能力的影響。通過對斜坡轉(zhuǎn)向的研究得出機(jī)器人瞬時轉(zhuǎn)向中心的變化規(guī)律，為轉(zhuǎn)向運(yùn)動時保證機(jī)器人的穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。
　　充分研究現(xiàn)有機(jī)器人穩(wěn)定性判據(jù)，對各穩(wěn)定性判定方法進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)和仿真比較，確定各種方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。針對本文的研究平臺和應(yīng)用環(huán)境，綜合考慮合外力和干擾力矩對穩(wěn)定性的影響，對傳統(tǒng)的力-角穩(wěn)定性判據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展，得出更為準(zhǔn)確