基于虚拟样机技术的仿壁虎机器人步态规划及运动仿真

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1、南京航空航天大学硕士学位论文基于虚拟样机技术的仿壁虎机器人步态规划及运动仿真姓名：阮鹏申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：戴振东20100301南京航空航天大学硕士学位论文摘要仿壁虎机器人作为仿生机器人的一个重要分支，是当前特种机器人研究的热点。壁虎是一种可在地面、陡壁、天花板等不同法向面上灵活运动的四足动物。仿壁虎机器人就是模仿自然界中壁虎的精巧结构、运动原理和行为方式的机器人系统。仿壁虎机器人有着很强的运动灵活性，同时对行走地面要求低，有着广阔的发展前景。本文首先介绍了国内外爬壁机器人的研究进展。然后论述了足式步行机器人结构设计的相关理论。基于对大壁虎解剖学和

2、运动方式的研究，介绍了仿壁虎机器人的结构设计和技术特点。对机器人腿部关节机构进行正向与逆向运动学分析，推导了机器人三自由度手臂的运动学方程及雅可比矩阵。设计了具有主动脱附和吸附系统的第二代仿壁虎机器人，并对其结构特点进行了简要的分析。通过对大壁虎步态的研究，针对仿壁虎机器人，规划了一种仿生物的墙面爬行对角步态。针对第二代仿壁虎机器人，规划了一种身体呈S型的对角步态和三角步态。在MSC．ADAMS软件中建立机器人的虚拟样机并进行了步态仿真，对仿真结果进行分析，检验了机器人结构和步态的可行性。研究了仿壁虎机器人地面一墙面过渡步态。利用ADAMS和Matlab／Simulink分别

3、建立机器人机械系统模型和控制系统模型，对仿壁虎机器人虚拟样机进行了联合仿真：建立了基于PID的控制系统模型，实现了仿壁虎机器人的联合步行仿真；通过对仿生学的研究，设计使用弹簧一阻尼模型来模拟粘附力，并以此为基础建立机器人的动力学模型，对以运动学为基础生成的步态数据进行模拟分析，认定其可行性。关键词：四足机器人，仿壁虎机器人，步态规划，运动学仿真，ADAMS基于虚拟样机技术的仿壁虎机器人步态规划及运动仿真ABSTRACTThegeckoinspiredrobotisallimportantbranchofbionicrobotanditisaresearchfocusofadv

4、ancedrobot．Geckoisafour-leggedanimalthatCanmoveflexiblyonthesurfaceofdifferentlegalsuch嬲ground,steepwall．ceiling,ere．Geckorobotisarobotsystemtoimitategecko’Sdelicatestructure，movementprinciplesandbehavior．Thegeckorobothasgoodkinematicsdexterityandadaptabilityfortheground．IthaSawidedevelopme

5、ntprospect．Firstly,boththeforeignanddomesticstatusofresearchonwall-climbingrobotwasintroducedandanalyzedindetail．ThenthetheoryofstructuraldesignforwalkingrobotWasdiscussed．Basedonthe咖dyofanatomyandmovementpattemofthegecko，thegeckorobot’Sstructuredesignandtechnicalfeaturesweredescribed．Thefo

6、rwardandreversekinematicsofthejointmechanismoftherobot’slegWaSanalyzed．ThekinematicsequationsandJacobianmatrixof3-DOFrobotalTllwerederived．Thesecond-generationgeckorobotwithactiveadsorptionanddesorptionWasdesigned,anditsstructuralcharacteristicsWaSanalyzedbriefly．Throughthestudyofgecko’Sgai

7、Lweplannedabiomimeticwallcrawlingdiagonalgaitforthegeckoinspiredrobot．Furthermore，weplannedas-shapedbodydiagonalgaitandtripodgaitforthesecond—generationgeckorobot．ThevirtualprototypeoftherobotWaSbuiltintheMSC．ADAMSandgaitsimulationWaScompleted．Thesimulat