六足樓梯攀爬機器人設計及其步態(tài)優(yōu)化研究.pdf

1、樓梯本質上是為有腿生物設計的。本文設計了一種六足樓梯攀爬機器人，并對其樓梯攀爬的步態(tài)進行了優(yōu)化研究。本文主要的研究內容和結果有：
　　 首先，設計了一種六足樓梯攀爬機器人，詳細介紹了該機器人的設計方案并且進行了相關的計算。該機器人設計以行走效率和穩(wěn)定性為主要的設計目標，采用了六足設計方案，可以很好地適應樓梯和其他不平整的地面環(huán)境，從而可以獲得良好的機動性能和較好的穩(wěn)定裕度。機器人的后腿除了3個轉動關節(jié)外，還具有兩個伸縮關節(jié)，這種

2、設計可使機器人在樓梯攀爬過程中具有較好的維持機器人本體姿態(tài)平衡的能力。機器人腿部運動機構設計采用了錐齒輪對和絲桿螺母副傳動機構，提高了空間利用率和傳動效率。采用電機制動和雙向離合器的制動方案，使機器人具有較好的斷電保護功能，提高了系統(tǒng)的安全性。
　　 其次，采用Denavit-Hartenberg法對六足樓梯攀爬機器人的前腿和后腿進行正運動學和逆運動學分析，推導出正運動學和逆運動學模型。采用拉格朗日功能平衡法對前腿和后腿的多剛體

3、動力學模型進行分析，推導出動力學模型。為步態(tài)規(guī)劃與優(yōu)化分析提供了條件。
　　 最后，利用多目標進化算法對機器人的平地行走步態(tài)與樓梯攀爬步態(tài)進行了優(yōu)化研究。針對三角步態(tài)模式，以能量消耗最小和力矩變化最小作為優(yōu)化指標，對機器人的平地行走進行步態(tài)優(yōu)化；以機器人的關節(jié)沖擊最小和運動時間最短為優(yōu)化指標，對機器人向上樓梯攀爬步態(tài)進行了優(yōu)化。利用三維仿真軟件對機器人的優(yōu)化步態(tài)進行虛擬仿真實驗，研究結果表明本文所設計的六足樓梯攀爬機器人方案能夠