基于Simulink/SimMechanics的四足机器人足端轨迹规划及动态仿真分析

针对四足机器人在行走过程中,因摆动相与支撑相之间相互切换造成的足端与地面冲击、振动的问题,提出了一种基于改进型等速运动与叠加摆线运动复合的轨迹规划方法。首先对摆动相的足端在水平方向和竖直方向进行运动规律规划;然后,运用复合运动的方法规划足端轨迹在直角坐标空间中的运动轨迹方程,从而获得足端在直角坐标空间中的位置、速度、加速度等信息;最后,在Simulink中建立四足机器人的动态仿真模型,以四足机器人的Trot步态为例,仿真分析所提出的轨迹规划方法在笛卡尔直角坐标空间和关节坐标空间中的运动特性。仿真分析结果表明,基于改进型等速运动规律与叠加摆线运动规律复合的轨迹规划方法得到的轨迹曲线平滑连续,与复合摆线运动规律相比,在水平方向和竖直方向上都能较长时间保持匀速,整体运动平稳,此足端轨迹规划方法较理想。

四足机器人机械结构设计与最优腿部配置研究

运动稳定性是机器人研究领域的重点,围绕四足机器人的运动稳定性展开设计研究。首先从仿生学角度出发,根据马腿部的一些特点在SolidWorks中设计四足机器人整机三维结构,使用SolidWorks Simulation的静应力分析部分中的设计洞察模块对所设计的腿部结构进行结构优化;然后,通过ANSYS对四足机器人的腿部结构进行有限元分析,详细了解腿部的受力情况,验证所设计的腿部结构满足受力要求;最后,采用D-H法对四足机器人正、逆运动学分析求解,利用MATLAB计算出足端运动空间,并在ADAMS中进行运动学仿真。仿真结果表明:通过分析机身质心在位移和速度上的变化特点,以及髋关节和膝关节在驱动力矩和关节转角上的变化特点,证明此设计的四足机器人满足运动稳定性的要求,为后期四足机器人物理样机的稳定性实验提供了理论依据。