六足仿生机器人结构优化设计及其位姿控制策略研究

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1、硕士学位论文六足仿生机器人结构优化设计及其位姿控制策略研究TRUCTURALOPTIMIZATIONDESIGNANDRESEARCHONPOSTURECONTROLSTRATEGYOFBIOMIMETICHEXAPODROBOT刘海清哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：TP244学校代码：10213国际图书分类号：681.568.74密级：公开工学硕士学位论文六足仿生机器人结构优化设计及其位姿控制策略研究硕士研究生：刘海清导师：邓喜军教授申请学位：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：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:TP244U.D.C:681.568.74DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTRUCTURALOPTIMIZATIONDESIGNANDRESEARCHONPOSTURECONTROLSTRATEGYOFBIOMIMETICHEXAPODROBOTCandidate：LiuHaiqingSupervisor：Prof.DengxijunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngine

3、eringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着科技的发展，机器人的研究逐渐从结构化环境中的定点作业向非结构化环境中的自主作业转变，这要求机器人具有在非结构化地形下自主行走的能力。六足机器人的步态丰富，具有较高的灵活性和稳定性，同时能够通过位姿的实时调整来提高机器人的步行稳定性，对地形的适应能力强，因而能够满足在崎岖

4、地形中稳定行走的要求。本课题研究的目的是设计一种模块化，集成化，多传感器的，能够在非结构化环境下全方位稳定行走的六足仿生机器人，在此基础上对机器人的运动学进行分析，并进一步对机器人的位姿控制策略进行研究，从而实现六足机器人的稳定行走。首先，结构设计部分，以节肢动物为仿生原型，考虑机器人的功能实现和其它现实因素，完成六足机器人的整体机械结构设计及腿部的结构优化。结构设计包括：从仿生学的角度对六足机器人进行结构建模，以灵活性和稳定性为设计目标来进行机器人的躯干设计，同时以模块化和集成化为设计指导，对腿部结构进行优化，减小腿部的重量和尺寸。针对设计出的六足机器人，

5、建立D-H坐标系，对机器人的摆动腿和支撑腿进行正逆运动学分析，为之后的位姿控制策略研究打下基础。同时对六足机器人摆动腿和躯干的工作空间进行分析，为六足机器人的运动规划提供条件。针对六足机器人的步行稳定问题，对机器人的位姿控制策略进行研究，并将其分成两步来实施：采用基于最优位姿和重心调整的位姿调整策略，完成机器人的位姿调整；同时基于足力控制的位姿保持策略，实现机器人的稳定行走；六足机器人的位姿控制通过力/位混合控制系统来实现。位姿控制策略的研究，为六足机器人的整体运动规划和控制打下基础。最后，将设计的Pro/e机械结构模型导入到Adams/View环境下，建立

6、约束和运动，对位姿调整策略进行仿真验证。然后将Adams模型导入到Matlab环境下，建立Simulink控制系统，对位姿保持策略进行联合仿真实验并分析结果。关键词：六足机器人；结构设计；运动学分析；位姿控制策略；力/位混合控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,RoboticsResearchisgraduallychangingfromthefixed-pointoperationsinastructuredenvironmenttoautonomousop

7、erationinunstructuredenvironments,whichrequiresthattherobothasthecapabilityofwalkingindependentlyonunstructuredterrain.Thehexapodrobothasadvantagessuchasgoodflexibility,highstabilityandwealthofgait,soitcanadapttotheterrainwellandmeettheneedofwalkingonunstructuredterrain.Thepurposeo

8、fthispaperistodesignandeva