仿生双足水上行走机器人优化设计及控制方法.pdf

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1、第50卷第15期机械工程学报Vlo1．5ONO．152014年8月JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGAug．2O14DoI：l0．3901／JME．2014．15．012仿生双足水上行走机器人优化设计及控制方法水徐林森2魏鲜明曹凯2梅涛骆敏舟(1．中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031；2．常』、I'1先进制造技术研究所常州213164；3．中国科学技术大学信息科学技术学院合肥2300261摘要：研究一种新型双足水上行走机器人推进机构及控制方法。借鉴蛇怪蜥蜴双足水上行走功能，分析双足机器人水上行走动力学机理；结合平面

2、四杆机构运动和坐标转换公式，分析Watt．I型机构运动方程，用以模拟蛇怪蜥蜴的脚掌轨迹，设计双足水上行走机器人推进机构，建立机器人的虚拟样机模型并进行机构优化设计；设计机器人的中枢模式发生器(Centralpatterngenerator,CPG)控制器和模糊控制器并进行参数分析，提出双足水上行走机器人的CPG．模糊控制方法，完成机器人控制系统的搭建，进行仿真验证；制作出双足水上行走样机，进行双足机器人水上行走试验，测得推进机构的作用力曲线；在平衡装置不工作和工作情况下分别测量机器人水上行走过程中的实时偏角，并进行比较。试验结果表明推进机构及控制方

3、法满足双足机器人水上行走要求。关键词：双足机器人；水上行走；优化设计；控制方法中图分类号：TP24OptimizationDesignandControlMethodofBipedRobotRunningo0nWaterXULinsen·WEIXianmingCAOKaiMEITaoLUOMinzhou(1．HefeiInstitutesofPhysicalScience，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031；2．ChangzhouInstituteofAdvancedManufacturingTechnolog

4、y,Changzhou213164；3．SchoolofInformationScienceandTechnology,UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230026)Abstract：Thepropulsionmechanismandthecontrolmethodofanovelbipedrunningonwaterarestudied．Thedynamicsmechanismofthebipedrobotisstudiedaccordingtothebasilisklizard’Sfun

5、ctionofrunningonwater．ThemovementtrajectoriesoftheWat-Iplanarlinkagesarebroughtoutbycombiningthemovementequationsofthefourbarmechanismandthecoordinatetransformationequations，whichareusedtosimulatethefoottrajectoriesofthebasilisklizard，andthepropulsionmechanismofthebipedrobotis

6、carriedout．Thenthevirtualprototypeofthebipedrobotisbuilt，andthemechanismisoptimized．ACPG-fuzzycontrolmethodisproposed，andthecontrolsystemofthebipedrobotisdesignedwiththeCPGcontrollerandthefuzzycontroller．Thesimulationofthecontrolsystemisimplementedtotestitsefectpreliminary．The

7、realprototypeofthebipedrobotwalkingonwateriscarriedouttotesttherobot’Sfunctionofwalkingonwater．Theforceofthepropulsionmechanismismeasuredbyastraingaugemountedontherobot’Sfoot．Thereal—timebodytiltinganglesoftherobotinthecaseofthebalanceequipmentrunningornotaremeasuredrespective

8、ly．Theexperimentresultsshowthatthepropulsionsystemcansatisfyt