面向林地作业的腿履复合移动机器人构型设计与越障策略研究

针对林地地面环境复杂、台阶和倒木障碍多的问题,设计一种腿履复合移动机器人。在分析犬类腿部骨骼结构参数和运动特性的基础上,设计3关节构型与履带复合的移动机器人腿部结构,为了尽可能减轻整机质量,将履带部件和机器人腿部的大腿结构有机融合。构建机器人单腿的运动学模型,分析机器人足端工作空间,提出针对腿履复合移动机器人的林地越障策略,仿真分析越障过程中机器人关节的动态特性。仿真结果表明:利用腿部关节摆动和履带推进的组合和适时切换,该腿履复合移动机器人能实现灵活的台阶和倒木障碍的跨越;越障过程中,除与障碍接触时刻的关节力矩突变外,腿部关节力矩变化平稳,履带运动模式和足式运动模式切换平顺。研究为下一步机器人样机研制和控制系统开发提供了技术基础。

履腿复合式移动机器人的轨迹跟踪控制与实现

利用Backstepping控制算法实现具有差速转向特征的履腿复合式移动机器人的轨迹跟踪控制。提出基于Backstepping方法的机器人轨迹跟踪控制总体方案;在完成机器人运动学建模的基础上,设计基于Backstepping方法的轨迹跟踪控制律。利用该跟踪控制算法实现了履腿复合式移动机器人进行直线与圆形两种轨迹跟踪的实验验证,并与传统的PID轨迹跟踪控制算法进行对比实验。实验结果表明,基于Backstepping方法的轨迹跟踪控制律能够更快速有效地进行轨迹跟踪,具有更好的控制性能。