四足仿生机器人足端工作空间的分析.pdf

《四足仿生机器人足端工作空间的分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·现代设计与先进制造技术·赵文涛刘志忠四足仿生机器人足端工作空间的分析l9四足仿生机器人足端工作空间的分析赵文涛，刘志忠(西北工业大学机电学院，陕西西安710072)摘要：四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用。在简化的四足仿生机器人模型的基础上，根据其髋关节、膝关节的运动参数范围，采用蒙特卡洛方法在MATLAB软件上画出了其工作空间的形状，利用数值积分的思想求出了工作空间的体积大小并对几何误差进行了分析。关键词：四足仿生机器人；工作空间求解；蒙特卡罗方法；MATL中图分类号：TP242文献标

2、识码：A文章编号：1672—1616(2011)13—0019一O4四足仿生机器人能够在复杂的地面环境下灵末端杆件端点的坐标值，这些坐标值就形成了机器活运动，具有很强的机动性和环境适应性，可以广人的工作空间。坐标值的数目越多，就越能反映机泛应用于娱乐、军事、探险等领域。因此，对四足仿器人的实际工作空间E3J。本文采用数值法，在生机器人的研究已成为机器人研究领域中一个引MATLAB软件上编程以蒙特卡洛方法产生了工作人注目的重要领域。而四足仿生机器人足端工作空间的形状。虽然蒙特卡罗方法的精度不高，很难空间代表着四足仿生

3、机器人足端活动范围的大小，小于1％，但其误差与维数无关。对于不同维数的在四足仿生机器人各腿杆比例优化设计、结构设计问题，计算量只与维数成比例，而不像通常的数值方以及控制与应用过程中都是一个需要考虑的重要法，计算量与维数的方幂成比例。所以蒙特卡罗方问题。因此，在对四足仿生机器人进行正运动学分法适用于解高维问题_4J。具体求解步骤如下所示。析的基础上，采用蒙特卡洛方法对其足端工作空间a．对所设计的四足仿生机器人足端进行了正进行了初步地研究。运动学的计算，求得了其足部末端姿态矩阵，确定了机器人足部末端在参考坐标系中的坐标

4、方程。1四足仿生机器人足端工作空间的其单腿机构简化模型如图1所示。图形绘制四足仿生机器人足端工作空间就是该机器人足部末端参考点所能达到的空间点的集合，该集合代表了机器人足端的活动范围。它是衡量机器人运动能力的重要指标，是机器人优化设计和驱动控制所需要考虑的重要方面l。目前，机器人工作空间的求解方法主要有解析法、图解法以及数值图1四足仿生机器人羊腿机构简化模型坐标方程为：法。解析法涉及机器人运动学的非线性方程和逆矩阵，表达式过于复杂，不适合于工程实际应用l_2J。图解法直观性强，但是受到自由度数的限P：制，当关节数较

5、多时必须进行分组处理。数值法在LPJ计算机上应用计算机器人的工作空间，实质上就是rfL3cos0lcos(02+03)+L2cos01cos02+L1cos01]随机地选取尽可能多的独立的不同各关节变量组L3sinlc。s(2+03)+L2sin1c。s2+LlSin1I合，再利用机器人的正向运动学方程计算出机器人lL3sin(02+03)+L2sin02_j收稿日期：2011—03一O1基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目(SJ08ZT13—10)作者简介：赵文涛(1985一)，男，陕西兴平人，西北工业大学博

6、士研究生，主要研究方向为机器人技术。202011年7月中国制造业信息化第40卷第l3期式中：，P，P分别为四足仿生机器人足部末端利用数值积分的思想计算了工作空间体积的大小。在32轴、Y轴、z轴上的坐标值；01，02，03分别为髋具体步骤如下：关节侧摆运动范围、髋关节横摆运动范围以及膝关节相对于髋关节横摆运动范围。b．划分足端轨迹点，具体步骤如下：(1)使01均分为N1等份、02均分为N2等份、03均分为』＼『3等份，即1每次摆动01／N1角度，02每次摆动02／N2角度，3每次摆动3／N3角度。(2)固定髋关节侧摆

7、运动0，摆动位置在初始角度一30。处，髋关节横摆运动2在初始角度35。处，使膝关节03从初始角度40。开始，每次摆动03／N3角度直到终止角度180。结束，将，臼2的角度值及0每次摆动的角度值代入运动学方程就可以得到N3个足端轨迹点，将足端轨迹点的z坐标值、Y坐标值、2坐标值分别存入，Y，数组中。(3)使髋关节侧摆运动0保持现有角度不变，髋关节横摆运动2摆动02／N2角度，然后重复膝图2工作空间三维图关节动作，再得到N个足端轨迹点，分别存入z，Y，z数组中。(4)重复步骤(3)，直到髋关节横摆运动02摆动位置在终止

8、角度145。处。这样就可以得到N2N3个足端轨迹点，分别存人N2N3个z，Y，数组中。(5)使髋关节侧摆运动0】转动01／N1角度，重复步骤(3)、(4)过程，再得到N2N3个足端轨迹点，分别存人N2N3个z，Y，数组中。图3在：roy坐标系投影图(6)重复步骤(5)，直到髋关节侧摆运动0转动到终止角度30。处。这样一共可以得到N】N2N3个足端轨迹点，分别