基于足-地作用建模的六足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真研究.pdf

1、NASA研發(fā)的全地形六足探測(cè)器“ATHLETE”為美國(guó)即將建立的移動(dòng)月球基地提供了強(qiáng)大的載體,其完善的地形適應(yīng)能力和42自由度冗余驅(qū)動(dòng)功能向世界展示了足/腿式機(jī)器人的發(fā)展?jié)摿?。?腿式機(jī)器人有別于傳統(tǒng)的輪式移動(dòng)平臺(tái),將會(huì)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在復(fù)雜苛刻地形環(huán)境的物資運(yùn)輸、星球探測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
　　足-地作用力學(xué)是機(jī)器人的機(jī)體與地形界面接觸的唯一載體,決定了機(jī)器人的移動(dòng)特性和承載能力,本課題圍繞六足機(jī)器人的足-地力學(xué)模型展開(kāi)研究,并

2、基于足-地力學(xué)模型對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)聯(lián)合仿真分析。
　　課題研究了硬地質(zhì)環(huán)境中的足-地力學(xué)模型,建立了柔性足與硬地質(zhì)環(huán)境的非線性剛度-阻尼力學(xué)模型,提出了Coulomb切向模型的改進(jìn)形式,分析了模型的參數(shù)辨識(shí)方案,以此編寫(xiě)了模型參數(shù)的辨識(shí)程序。設(shè)計(jì)加工了帶有柔性足的實(shí)驗(yàn)腿,以六維力/力矩傳感器、直線位移傳感器、信號(hào)數(shù)據(jù)控制處理系統(tǒng)等為核心,組建了足-地力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究了硬地質(zhì)環(huán)境中的足-地力學(xué)模型,對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行

3、了辨識(shí)求解。
　　以地面力學(xué)的應(yīng)力分布理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了松軟地質(zhì)環(huán)境中的足-地應(yīng)力積分模型。提出了松軟地質(zhì)環(huán)境中的復(fù)合非線性剛度-阻尼模型,并分析了應(yīng)力積分模型和復(fù)合非線性剛度-阻尼模型的統(tǒng)一形式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)研究,以建立完備的足-地力學(xué)模型解析式。
　　基于上述研究的足-地力學(xué)模型,以 Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)了模型的二次開(kāi)發(fā)程序,以此生成了動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù);分析了Matlab/Simu