基于球形两栖机器人的步态规划与运动分析

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1、中困分类号ＴＰ２４２论文編号１００６０１６－０２１４学科分类号５１０．８０５０密级又相净ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ■．硕±学位论文醒化ｎ涵削黑评曲化、？Ｉ参Ｉ山基于巧形两栖机器人的步态规划与运动备柄ＴｈｅＧａｉｔＰｌａｎｎｉｎａｎｄＭｏｔｉｏｎＡｎａｌｓｉｓｏｆａｎｇｙ一ＡｍｈｉｂｉｏｕｓＳｈｅｒｉｃａｌＲｏｂｏｔＳｓｔｅｍｐｐｙ；Ｉ：—画圓Ｉ關控制科学与工程ｇ｜Ｊ翻科学巧程￣Ｊ．－｜＊￣￣￣－，、ｉ＊■＊，｜＾．，■ｒＩ

2、－■ａ壬邸Ｅｌｌ毕霖■｝ｉ＾卻ｊａｉ郭书祥教授天津理工大学研究生院二〇－六年二月独剖牲；＾巧本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的硏究作和取Ｌｙ，论文中不包含其他得的研究成果，除了文中特别加、标注和致谢之处外人已经发灰或撰与过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或———料—其他教汽机构的学位或证书而使用过的材。与我同卫作的巧志对本研究所做的任何巧献均Ｌ。ｉ在论文中作了明确的说明并获巧了谢意学化冷文作者签名：签李日期：ｗｆｂ年１月２日马蔡？学佐冷文胶枚使巧投权书工大、用学论巧关保留使位文本学位论文作巧完全了解义津

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4、sSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeTheGaitPlanningandMotionAnalysisofanAmphibiousSphericalRobotSystemByLinBiSupervisorShuxiangGuoFebruary2016摘要随着人类社会不断地向前发展，机器人技术已经与我们的生活建立了密不可分的关系。球形两栖机器人作为机器人的一种，由于其对称的结构构型，在环境适应性和运动稳定性上具有优势，已经广泛地应用于各种领域。因此对于球形两栖机器人的研究已经成为机器人领域的一个

5、热门话题。本论文提出了一种新型的球形两栖机器人系统。机器人整体对称的球形结构，其动力学稳定，环境扰动小，运动灵活等优点，采用带直流喷水推进器的机械腿作为驱动单元，不仅可以完成陆地多自由度运动，还可以实现水下环境的运动和作业。两栖机器人可以通过配置GPS、陀螺仪、加速度计和避障传感器在地面和水下充当一个多用途结构、侦查、通信的可回收装置，在狭窄的密闭空间，它还可以释放一些小型水下机器人来完成水下任务。为了分析球形两栖机器人陆地运动学和动力学特性，分别运用D-H参数法和拉格朗日函数建立机器人运动学和动力学方程。推导出雅克比矩阵，反映了速度和关节角速度之间的关系，提供了虚拟样机仿真

6、分析的理论基础。其次使用三维软件SolidWorks建立简化的机器人实体模型，并导入到动力学仿真软件ADAMS进行运动学和动力学仿真，验证了步态规划算法的可行性。最后对所设计的球形两栖机器人进行陆地运动实验。根据实验结果验证了步态算法的可行性，说明虚拟样机技术（ADAMS）可以准确地描述机器人的运动特性。利用欧拉方程建立球形两栖机器人水下动力学模型，并对其进行了参数估计。其次对喷水推进器进行识别建模，建立输入电压与喷水推进器的关系。最后完成机器人水下运动实验，通过输出不同的电压值，测得机器人前进运动速度，对实验结果进行了分析和总结，验证球形两栖机器人水下前进运动的可靠性。关键

7、词：球形两栖机器人运动规划步态分析ADAMS动力学建模AbstractWiththecontinuousprogressofhumansociety,therobotictechnologyhasalreadyestablishedacloserelationshipwithourlife.Asakindofrobot,theamphibioussphericalrobothasmanyexcellentpropertiesinenvironmentadaptabilityandflexibility,