两栖多足机器人虚拟样机技术的研究

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1、哈尔滨工程大学硕+学位论文摘要本课题来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机械蟹基础技术研究"，论文以建立一个对复杂地形高度适应、性能可靠、并具有两栖环境下活动能力的微小型移动机器人平台为目标，对机器人机械本体结构设计、运动学模型、动力学模型和虚拟样机运动仿真技术开展研究。首先，在分析国内外大量足式机器人相关技术研究的基础上，总结前四型两栖多足机器人机械结构存在的问题和缺陷，创新性设计了完全模块化的第五型两栖多足机器人。两栖多足机器人通过复合式步行足增强作业能力：通过足尖增加减震模块减小机器人行走时地面对步行足的冲击。其具有

2、可翻转行走特性，大大提高了机器人在两栖环境下运行的适应能力。根据两栖多足机器人的运动特点，建立了两栖多足机器人运动学模型。得到了机器人摆动步行足及站立步行足运动学正解和逆解、机器人运动速度及加速度的计算方法、关节角速度及角加速度的计算方法。其次，为了对两栖多足机器人进行进一步的基础研究，建立了机器人动力学分析模型。得出了机器人摆动步行足、站立步行足动力学方程以及机体动力学模型；得到了机器人水环境的力学分析模型、求解方程和加速反力计算方法；给出了步行足减震模块弹簧的力学模型以及弹簧刚度的选取方法。最后，利用虚拟样机技术结合仿

3、真软件ADAMS建立了两栖多足机器人虚拟模型，进行了大量仿真实验。对两栖多足机器人的单步行足作了运动学仿真实验、足尖受法向力时的动力学仿真实验和步长选择对机器人动态性能影响实验；对两栖多足机器人整体做了横向运动仿真实验、空间零重力下的运动实验以及行走实验步行足各个关节所承受力矩的测定。通过仿真实验，验证了两栖多足机器人结构设计的正确性和步态规划的可行性，得到了一些非常有价值的数据和有益的结论，为物理样机的研制提供了有力的参考。关键词：两栖多足机器人；运动学分析；动力学分析；虚拟样机；ADAMS仿真哈尔滨工程大学硕十学位论文

4、AbstractTheresearchissupportedbyprojectof‘BiologicallyInspiredCrab-likedAmphibiousRobotStudy’whichisfundedbyNSFC(NationalNaturalScienceFoundationofChina)．Inordertoproduceahighlyreliablemicromobilerobotplatformthatisadaptabletocomplexterrainandcapableofwalkinginamp

5、hibiousenvironment，theresearchpresentedinthisdissertationinvolvesstudiesonmechanicaldesign，kinematicmodel，dynamicmodelandlocomotionsimulationbasedonvirtualprototypetechnology．Firstofall，basedontheanalysisofenormousresearchofleggedrobotsathomeandabroad,theshortcomi

6、ngsofprevious4typesofamphibiousmulti-leggedrobotsarediscussedandamodulerobotiscreated．Therobotpossessesbetterworkingabilityduetothecompoundlegsandreducedimpactfromgroundwhenwalkingduetotheshockabsorbingmoduleassembledonthetiptoes．Besides，itiscapableofwalkinginvers

7、ely,whichenhancesthemobilityinamphibiousenvironment．Accordingtothefeaturesofthemotionoftheamphibiousmulti-leggedrobot，thekinematicmodel’isestablished．Throughkinematicanalysis，inverseandforwardkinematicsolutionsareobtainedforswinglegsandstancelegs，whichmeansthatiti

8、sabletocalculatethelinearspeedandaccelerationoftherobotaswellthejointangularvelocityandacceleration．Inaddition，forfurtherresearchoftherobot，thedynamicmo