轮腿机器人开题报告.doc

、外传感器反馈信息感知环境及自身状态,实现在有障碍物的环境中自主运动,从而完成一定功能或任务的机器人系统[1]。目前已广泛运用于野外考察、地震救灾、环境检测、娱乐生活等诸多行业,在安全、军事、生活以及科学研究中扮演着越来越重要角色。其中轮式机器人结构简单,容易实现,具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。但同时适应地形和避障的能力差。足式机器人对地形的适应能力较好,可以跨越障碍物、台阶等,但运动间歇大,速度慢。随着移动机器人的不断开发和应用范围的扩展,未来会在更多复杂且未知的环境中工作。仅仅依靠轮式或者足式的移动机器人已无法完全适应工作环境的复杂性和多样性了。为了配合对移动机器人性能要求的逐渐提高,相继问世了许多混合式的移动机构,其中轮腿式移动机器人就融合了轮式移动机器人和腿式移动机器人的特点。既可以保证在平坦地面的移动效率又具有了良好的跨越障碍的能力[2]。但当轮腿式移动机器人采用足式的方式行走时目前在技术上还存在许多困难,然而在自然界中存在的多足昆虫则可以通过它们长期进化得到的复杂且精妙的肢体结构和灵活的的运动方式,容易地通过了各种复杂的自然地形,甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此,将多足昆虫的行为学研究成果,融入到移动机器人的结构设计与控制中,开发具有卓越移动能力的轮腿式仿生移动机器人,对于足式移动机器人和轮腿式移动机器人技术的研究与应用都具有重要的理论和现实意义[3]。本文从仿生的角度出发,对轮腿机器人进行结构设计,使其可以在跨越障碍物、沟壑、楼梯等不规则地形保持机体平稳和运动的效率。主要的问题在于解决腿部结构,使其可以获得更好的稳定性和更低的能量消耗。结合轮式和足式的优点,根据不同的环境变换轮式运动和足式运动两种运动方式,达到良好的运动灵活性和较高的移动速度的统一,提供良好的应用平台。为了能够保持机器人的稳定移动,这就要求机器人足数越多越好。当机器人在选择腿式不行和轮子转动时需要进行轮腿的转换,在转换的过程中,腿部需要上抬,其余的腿用来保持平衡,这样就需要至少四条腿,否则无法在转换过程中保持身体的平衡。随着足数的增加,其稳定程度会增加,但七足以上就会基本达到饱和。因此本课题选择六轮腿仿生机器人作为研究的对象,既具有冗余的腿部结构保持稳定,同时又不会造成腿部的浪费。对地形的适应能力比较强,能够在复杂的地表高效行走,即使失去若干肢体也依然可以执行任务,因此比较适合进行野外侦查、水下搜索以及太空探测等对机器人的可靠性、自主性要求较高的工作。并参考仿生学的成果,对六足昆虫的腿部进行研究。分析了腿部结构和功能特点,,兼具了轮子和腿的功能,具有优良的越障能力和机动性能,简单的结构形式以及移动中的高效性和平稳性。在平整的地形可以运用轮子结构前行,在非平整地形环境可以采用足式或轮腿复合式前进。具有速度高、能耗低、地形适应性强的特点。近几十年来,轮腿式移动机器人技术得到了很快的发展,并有许多成功的案例。轮腿式移动机器人多用在抢险、排爆、污染源检测测、外星探测等领域[4](JPL)研制了1997年被人类送上火星的第一台探测车sojourner(),Sojourner是一辆微型自主式机器人车辆,采用六轮摇臂悬吊式结构,即有6个独立悬挂的驱动轮,传动比为2000:1,本机器人是真正意义上的六轮腿式移动机器人。以及后来的火星探测车漫游者(marsrover)机器人(),该款机器人拥有最先进的机动性,其六轮腿式结构是目前最先进的,具有强大的越障能力。原地360o的转弯能力及伸缩性,除了其先进的机动性能,探路者机器人上安装了包括Pancam(立体摄像头)、Mini-TES(红外分光仪)、显微镜、Mossbauer(分光仪,用来测定岩石成分)、APXS(ALPHA射线)系统、RAT(RockAbrasionTool)系统等各种先进的仪器来探测环境,观察并分析岩石和土壤。用来探测火星上是否有生命,以及有没有生命的遗迹、火星上的地质和气候环境。“运动员”(ATHLETE)同样也是由美国宇航局喷气与推进实验室(JPL)研制的(),Athlete高13英尺(),重357石(2268公斤),它可携带超过2285石()有效载荷,但它比通常的行星探索车轻25%。其最快行进速度能达到10m/s,最大爬坡能力为50度硬质土地,25度沙地