手足复用六足机器人结构设计与步态规划.pdf

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1、硕士学位论文手足复用六足机器人结构设计与步态规划DESIGNOFHAND-FOOTFUSIONMECHANISMANDGAITPLANNINGFORAHEXAPODROBOT张晟毓哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文手足复用六足机器人结构设计与步态规划硕士研究生：张晟毓导师：倪风雷副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C:681.5Disse

2、rtationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFHAND-FOOTFUSIONMECHANISMANDGAITPLANNINGFORAHEXAPODROBOTCandidate：ZhangShengyuSupervisor：AssistantProf.NiFengleiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofD

3、efence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着仿生学的不断发展，多足机器人作为移动超冗余串并联混合机器人已经成为人们研究的重点。相比于传统的轮式、履带式移动机器人，多足机器人能够适应绝大多数复杂的地形地貌，帮助人类执行危险复杂的任务，因此随着技术的不断发展与完善，多足机器人必将在未来发挥举足轻重的作用。在多足机器人中，六足机器人由于中和了四足、八足机器人的特点，具有稳定性较高、系统较为简单的优点，因此越来越受到科学家与工程师的青

4、睐，成为多足机器人的典型代表。本文在“总装921工程三期空间站机器人预研项目”的支持下，以研制一种用于太空桁架行走的高性能六足机器人为目标，对六足机器人功能进行分析，完成其结构设计与步态规划，并进行相关的仿真与试验验证。本文首先基于国内外文献分析了六足机器人近年来的发展现状，尤其是对各种六足机器人的机械结构与控制方式进行详细地对比与分析。针对本次课题的主要研究方向，即结构设计与控制方式，详细对比了国内外同类产品的优缺点，同时制定了本次设计六足机器人的主要性能指标，确定了本文的具体研究内容。其次，通过分析六足机器人的性能指标，提出了基于模块化蛇形机器人的快速搭建方案

5、——以蛇形机器人模块化关节作为六足机器人腿部关节，并设计手足复用末端执行器装配在腿部末端，完成六足机器人的结构设计；基于上述设计的六足机器人，建立D-H参数模型，进行运动学分析与规划，为后续的六足机器人步态控制打下基础。随后基于已完成的运动学规划，完成了基于中枢模式发生器（CPG）的步态算法的研究；通过优化CPG的参数，实现了CPG神经元之间的相位耦合，通过调节CPG网络及映射器参数，实现了对于各个关节角度的控制，从而实现六足机器人的直线行走与原地转弯两种步态；此外，通过直线行走步态与原地转弯步态的耦合，实现六足机器人在行走过程中的转弯，从而能够随时跟踪变化的目标

6、，实时修正由于机械结构误差造成的轨迹偏差。最后，本文基于实验室蛇形机器人模块模拟六足机器人单腿并连接设计的手足复用末端执行器，展开抓取与行走试验；利用Adams与Matlab软件联合仿真，验证CPG神经网络的有效性，完成直线行走与原地转弯步态等方面的仿真验证。关键词：六足机器人；蛇形机器人；手足复用；中枢模式发生器-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththecontinuousdevelopmentofbionics,multi-leggedrobotshavebecomethefocusofpeople'sresearchasmobiles

7、uper-redundantseries-parallelhybridrobots.Comparedtotraditionalwheeledandcrawler-basedmobilerobots,multi-footedrobotscanadapttomostcomplextopographiclandscapesandhelphumansperformdangerousandcomplextasks.Therefore,astechnologyiscontinuestobeevolvedandimproved,multi-leggedrobotsareboun

8、dtopl