仿山羊坡地行走四足機器人單腿研究.x課件

仿山羊坡地行走四足機器人單腿研究近年來,隨著智能農(nóng)機裝備的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機器人取得快速發(fā)展。目前可移動農(nóng)業(yè)機器人主要有履帶式、輪式和足式,足式機器人相對于其它行走機器人具有良好的越障能力和靈活的運動性能。目前用于農(nóng)業(yè)的足式機器人較多的是四足機器人,但農(nóng)業(yè)環(huán)境復(fù)雜,對其穩(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器人對于促進(jìn)我國智能農(nóng)機裝備的發(fā)展具有重要意義。山羊軀體較小,經(jīng)過長期進(jìn)化能在凹凸不平的地面上行走,可為研究農(nóng)業(yè)四足機器人提供仿生藍(lán)本。1.山羊坡地行走試驗與分析。搭建山羊坡地行走試驗測量系統(tǒng),獲得山羊運動的圖像序列并處理,獲得山羊坡地行走時速度、加速度、關(guān)節(jié)角度、行走步態(tài)和足端軌跡等運動參數(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),對其進(jìn)行掃描,獲得點云數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行點、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,對山羊蹄底部點云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割,把分割后的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻過濾等處理并導(dǎo)出三維坐標(biāo)值,然后把點云數(shù)據(jù)三維坐標(biāo)值導(dǎo)入到Matlab軟件進(jìn)行多項式擬合,并對擬合結(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個山羊蹄底部的點云數(shù)據(jù)三維坐標(biāo)值導(dǎo)入所建的數(shù)學(xué)模型并驗證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性。3.仿山羊四足機器人設(shè)計與數(shù)學(xué)模型研究。在分析四足機器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和山羊身體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,設(shè)計仿生四足機器人機械本體;然后,基于D-H方法對其單腿和整機進(jìn)行運動學(xué)分析,并得到其運動時關(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其進(jìn)行動力學(xué)分析,得到其動力學(xué)方程。4.仿山羊四足機器人步態(tài)運動規(guī)劃。在walk步態(tài)規(guī)劃時,基于高次多項式的零沖擊的足端軌跡規(guī)劃方法分別對其擺動相和支撐相進(jìn)行規(guī)劃,然后采用Matlab軟件計算并繪制其足端軌跡,最后得到四足機器人在walk步態(tài)行走時的抬腿邁步順序圖。在Trot步態(tài)規(guī)劃時,采用修正的復(fù)合擺線軌跡規(guī)劃的方法,分別在四足機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軟件可得四足機器人在Trot步態(tài)行走時單腿足端軌跡的加速度隨時間的變化曲線、速度隨時間的變化曲線以及位移隨時間的變化曲線,最后得到四足機器人在Trot步態(tài)行走時的抬腿邁步順序圖。5.仿山羊四足機器人試驗平臺搭建與試驗。在介紹試驗平臺硬件的基礎(chǔ)上,分別搭建機械單腿試驗平臺和整機試驗平臺,并基于OtoStudio軟件平臺開發(fā)上位機軟件,最后對