仿生攀爬机器人的步态分析

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1、万方数据第46卷第15期2010年8月机械工程学报JOURNALOFM[ECHANICALENGINEERINGV．01．46Aug．N0．152O10DoI：10．3901／JME．2010．15．017仿生攀爬机器人的步态分析木江励管贻生蔡传武朱海飞周雪峰张宪民【华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640)摘要：面向农业、林业和建筑等领域的高空作业，提出一种具有攀爬和操作功能的双手爪式模块化仿生机器人，以期代替人们在高空复杂环境中从事危险工作。给出机器人的一种5自由度构型，分析其在空间两

2、杆之问攀爬过渡的能力，然后根据其构型特征提出、分析和比较三种攀爬步态。在ADAMS仿真环境下，对机器人采用这三种步态攀爬各种方位的杆件时主要关节所需的力矩和机器人所消耗的能量进行计算和对比。仿真结果为机器人的攀爬步态规划提供了依据。关键词：仿生机器人攀爬机器人模块化机器人步态分析中图分类号：TP242GaitAnalysisofaNovelBiomimeticClimbingRobotJIANGLiGUANYishengCAIChuanwuZHUHaifeiZHOUXuefengZHANGXia

3、nmin(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640)Abstract：Anovelbipedrobotwithbothclimbingandmanipulationfunctionsisproposedfordangeroushigh·altitudeoperationinnewpotentialfieldsofroboticapplicationssue

4、hasagriculture，forestry,andconstruction．Thestructureof5degreesoffreedomispresentedforthisrobot，andthefeasibilityoftherobottransitingbetweentwocylindricalpolesinanyorientationsisproved．Threeclimbinggaitsareproposedandanalyzed．Thejointtorqueandenergyco

5、nsumptionoftherobotwhenitclimbspolesinvariousorientationsarecalculatedandcomparedinthesimulationwiththesoftwaretoolADAMS．Theresultsaresignificantforgaitplanningwithsuchbipedclimbingrobots．Keywords：BiomimeticrobotClimbingrobotModularrobotGaitanalysis0

6、前言随着机器人技术的发展，农业、林业和建筑业等领域将成为机器人应用的广阔天地。在这些领域内的工作(如果树上果子的采摘，树林中树木枝叶的修剪，桥梁上钢架的喷漆检修等)都具有一些相同的特点：①高空作业，工作地点离地面较高；②工作环境复杂和恶劣，危险性高；③工作量大，消耗的时间很长，单调乏味。鉴于以上特点，开发具有攀爬功能的机器人代替人去从事这些高空危险工作将有重要意义。目前，国内外已经认识到这点，’国家自然科学基金(50975089)、国家高技术研究发展计划(863计划，2009AA042204)、

7、高校博上点专项科研基金、中央高校基本科研费(2009220006)和国家杰出青年科学基金(50825504)资助项目。20090824收到初稿，20100516收到修改稿开始研究攀爬类机器人并开发出一些样机。日本早稻田大学已经开展了爬树机器人的研制，在2005年爱知国际博览会上展出了其原型机WOODY．1。西班牙开发了基于并联机器人的爬树机器人CPRt¨。这两种机器人都由上下两个相同的环形部分组成，其中一环抱着树干时，另一环可松开，由连杆驱动顺着树干作上下移动，如此往复交替，使整个系统升降：伊朗

8、研制了一种爬杆机构UT．PCR，该机构由三角形支架和端头安装有轮子的连杆组成【zJ，适用于圆柱杆件的攀爬；美国卡内基梅隆大学等几所大学提出了另一种思路，从仿生学角度开展爬树机器人项目RiSE的研究，其样机为六足机器人，能像蟑螂一样贴着树干爬行【3J。麻省理工学院研制了一种能爬窗梁的机器人Shady3D，能顺着窗架爬行移动【4】。哈尔滨工业大学正在研发爬桁架万方数据18机械工程学报第46卷第15期的机器人，其主要目的是面向桥梁、体育场馆、塔类等基础设施的检测和维修【5l。北京航空航天大学和德国汉堡