仿山羊坡地行走四足機(jī)器人單腿研究.x課件

仿山羊坡地行走四足機(jī)器人單腿研究近年來,隨著智能農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)器人取得快速發(fā)展。目前可移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要有履帶式、輪式和足式,足式機(jī)器人相對(duì)于其它行走機(jī)器人具有良好的越障能力和靈活的運(yùn)動(dòng)性能。目前用于農(nóng)業(yè)的足式機(jī)器人較多的是四足機(jī)器人,但農(nóng)業(yè)環(huán)境復(fù)雜,對(duì)其穩(wěn)定行走能力提出了更高的要求,因此研究能在崎嶇地形行走的四足機(jī)器人對(duì)于促進(jìn)我國(guó)智能農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展具有重要意義。山羊軀體較小,經(jīng)過長(zhǎng)期進(jìn)化能在凹凸不平的地面上行走,可為研究農(nóng)業(yè)四足機(jī)器人提供仿生藍(lán)本。1.山羊坡地行走試驗(yàn)與分析。搭建山羊坡地行走試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng),獲得山羊運(yùn)動(dòng)的圖像序列并處理,獲得山羊坡地行走時(shí)速度、加速度、關(guān)節(jié)角度、行走步態(tài)和足端軌跡等運(yùn)動(dòng)參數(shù)并分析。2.山羊蹄底部非規(guī)則仿生形貌數(shù)學(xué)模型構(gòu)建。搭建山羊蹄三維掃描系統(tǒng),對(duì)其進(jìn)行掃描,獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)、多邊形、精確曲面處理和偏差分析。根據(jù)山羊蹄為偶形蹄特征,對(duì)山羊蹄底部點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割,把分割后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻過濾等處理并導(dǎo)出三維坐標(biāo)值,然后把點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維坐標(biāo)值導(dǎo)入到Matlab軟件進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,并對(duì)擬合結(jié)果的殘差平方(SSE)、均方差(RMSE)和決定系數(shù)(R~2)進(jìn)行分析,得到山羊蹄底部非規(guī)則曲面數(shù)學(xué)模型,最后選取其它3個(gè)山羊蹄底部的點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維坐標(biāo)值導(dǎo)入所建的數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性。3.仿山羊四足機(jī)器人設(shè)計(jì)與數(shù)學(xué)模型研究。在分析四足機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和山羊身體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)仿生四足機(jī)器人機(jī)械本體;然后,基于D-H方法對(duì)其單腿和整機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,并得到其運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)角度變化的速度和加速度方程;最后,采用拉格朗日方程法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得到其動(dòng)力學(xué)方程。4.仿山羊四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。在walk步態(tài)規(guī)劃時(shí),基于高次多項(xiàng)式的零沖擊的足端軌跡規(guī)劃方法分別對(duì)其擺動(dòng)相和支撐相進(jìn)行規(guī)劃,然后采用Matlab軟件計(jì)算并繪制其足端軌跡,最后得到四足機(jī)器人在walk步態(tài)行走時(shí)的抬腿邁步順序圖。在Trot步態(tài)規(guī)劃時(shí),采用修正的復(fù)合擺線軌跡規(guī)劃的方法,分別在四足機(jī)器人行走方向和抬腿上按抬腿、邁步和著地的順序把加速度分為三個(gè)階段,其中邁步階段的加速度為0,抬腿和著地階段的加速度取正弦函數(shù),利用Matlab軟件可得四足機(jī)器人在Trot步態(tài)行走時(shí)單腿足端軌跡的加速度隨時(shí)間的變化曲線、速度隨時(shí)間的變化曲線以及位移隨時(shí)間的變化曲線,最后得到四足機(jī)器人在Trot步態(tài)行走時(shí)的抬腿邁步順序圖。5.仿山羊四足機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)搭建與試驗(yàn)。在介紹試驗(yàn)平臺(tái)硬件的基礎(chǔ)上,分別搭建機(jī)械單腿試驗(yàn)平臺(tái)和整機(jī)試驗(yàn)平臺(tái),并基于OtoStudio軟件平臺(tái)開發(fā)上位機(jī)軟件,最后對(duì)