轮足混合式行走机器人运动学建模与仿真
Kinematics Modeling and Simulation of Wheel-foot Hybrid Walking Robot
- 机械传动 2021年45卷第11期 页码：57-64
- 作者机构：
1.长春工业大学 机电工程学院， 吉林 长春 130022
2.长春理工大学 人工智能学院， 吉林 长春 130022
- 作者简介：
唐新星（1975— ），男，吉林松原人，博士，副教授；主要研究方向机器人技术。
韩方元（1955— ），男，吉林长春人，博士，教授；主要研究方向机器人技术。
- 基金信息：国家自然科学基金(51575219┫吉林省教育厅“十三五”科学研究规划项目┣JJKH20200657KJ);重庆市教委科学技术青年项目(KJQN202003101)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.010
中图分类号：
扫 描 看 全 文
唐新星,张德勇,王瑞等.轮足混合式行走机器人运动学建模与仿真[J].机械传动,2021,45(11):57-64.
Tang Xinxing,Zhang Deyong,Wang Rui,et al.Kinematics Modeling and Simulation of Wheel-foot Hybrid Walking Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(11):57-64.
唐新星,张德勇,王瑞等.轮足混合式行走机器人运动学建模与仿真[J].机械传动,2021,45(11):57-64. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.010.
Tang Xinxing,Zhang Deyong,Wang Rui,et al.Kinematics Modeling and Simulation of Wheel-foot Hybrid Walking Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(11):57-64. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.010.
摘要
结合足式机器人与轮式机器人的优点，提出了一种基于2（6-UPUR+3P）混联腿的轮足混合式行走机器人构型，并对该机器人进行了运动学建模与仿真分析。基于螺旋理论建立机器人并联腿部单支链的六维运动螺旋系，基于此得到1阶影响系数矩阵，进而推导出6-UPUR并联腿部的运动学模型；提出了机器人机身姿态调整算法，改善了机器人在静态步行步态下机身运动的平稳性；用Matlab算例仿真与Adams仿真对比验证得出运动学模型的正确性，用Adams/Simulink联合仿真验证得出机身姿态调整策略的有效性，为进一步进行轮足混合式行走机器人控制系统的设计奠定基础。
Abstract
Combining the advantages of the foot robot and the wheeled robot，a wheel-foot hybrid walking robot configuration based on 2 (6-UPUR+3P) hybrid legs is proposed，and the kinematics modeling and simulation analysis of the robot are carried out. Based on the spiral theory，a six-dimensional motion spiral system of a single branch of the parallel leg of the robot is established. Based on this，the first-order influence coefficient matrix is obtained，and then the kinematics model of the 6-UPUR parallel leg is derived. A robot body posture adjustment algorithm is proposed to improve the motion stability of the robot body in a static walking gait. The correctness of the kinematics model obtained from the comparison of Matlab and Adams simulation is verified respectively，and the effectiveness of the body posture adjustment strategy is verified by the Adams/Simulink cosimulation，which lays the foundation for the further design of the wheel-foot hybrid walking robot control system.
关键词
轮足混合式行走机器人运动学螺旋理论影响系数法姿态调整
Keywords
Wheel-foot hybrid walking robotKinematicsSpiral theoryInfluence coefficient methodPosture adjustment
references
韩方元.一种并联步行机器人的连接方法及其并联步行机器人：CN101973027A［P］.2011-02-16.
HAN Fangyuan.A connection method of a parallel walking robot and its parallel walking robot：CN101973027A［P］.2011-02-16.
唐新星，范大川，韩方元，等.基于双6-UPU并联机构的步行机器人步行越障步态仿真与试验［J］.农业工程学报，2019，35（8）：83-91.
TANG Xinxing，FAN Dachuan，HAN Fangyuan，et al.Simulation and experiment of legs-stride forward and overcoming obstacle gait of walking robot based on double 6-UPU parallel mechanism［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2019，35（8）：83-91.
FOCCHI M，PRETE A D，HAVOUTIS I，et al.High-slope terrain locomotion for torque-controlled quadruped robots［J］.Autonomous Robots，2017，41（1）：259-272.
毛玺，张彦斌，赵浥夫.一种无耦合移动并联机器人机构的结构设计与运动学分析［J］.机械传动，2019，43（8）：92-96.
MAO Xi，ZHANG Yanbin，ZHAO Xifu.Structural design and kinematics analysis of a non-coupling mobile parallel robot mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2019，43（8）：92-96.
刘文彩，许勇，陈佳丽，等.6-SPU并联机器人的轨迹规划 与仿真［J］.机械传动，2019，43（6）：75-82.
LIU Wencai，XU Yong，CHEN Jiali，et al.Trajectory planning and simulation of 6-SPU parallel robot［J］.Journal of Mechanical Transmission，2019，43（6）：75-82.
陆冬平.仿生四足-轮复合移动机构设计与多运动模式步态规划研究［D］.合肥：中国科学技术大学，2015：1-12.
LU Dongping.Research on the design and gait planning of multi-locomotion modes of a bionic leg-wheel hybrid mechanisms［D］.Hefei：University of Science and Technology of China，2015：1-12.
郑辉，王敏，王新杰，等.轮腿混合式四足机器人设计及运动学分析［J］.机械传动，2015，39（1）：57-61.
ZHENG Hui，WANG Min，WANG Xinjie，et al.Design and kinematics analysis of wheel-leg hybrid robot with four-legs［J］.Journal of Mechanical Transmission，2015，39（1）：57-61.
邹晔，黄志辉，唐立平.一种新型四自由度并联机器人机 构的设计与分析［J］.机械传动，2016，40（6）：119-122.
ZOU Ye，HUANG Zhihui，TANG Liping.Design and analysis of a novel four-DOF parallel robot mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2016，40（6）：119-122.
ENDO G，HIROSE S.Study on roller-walker-system integration and basic experiments［C］.IEEE International Conference on Robotics & Automation.New York：IEEE，1999：112-119.
ENDO G，HIROSE S.Study on roller-walker-energy efficiency of roller-walk-［C］.IEEE International Conference on Robotics & Automation.New York：IEEE，2011：5050-5055.
ZHOU S，ZHANG W，ZOU Y，et al.Piezoelectric-driven miniature wheeled robot based on flexible transmission mechanisms［J］.Microsystem Technologies，2018，24（2）：943-950.
GUCCIONE S，MUSCATO G.The wheeleg robot［J］.IEEE Robotics & Automation Magazine，2003，10（4）：33-43.
NAKAJIMA S，NAKANO E.Adaptive gait for large rough terrain of a leg-wheel robot （first report：gait strategy）［J］.Transactions of the Japan Society of Mechanical，2008，20（5）：801.
曲梦可，王洪波，荣誉.军用轮、腿混合四足机器人设计［J］.兵工学报，2018，39（4）：787-797.
QU Mengke，WANG Hongbo，RONG Yu.Design of military wheel-leg hybrid quadruped robot［J］.Acta Armamentar II，2018，39（4）：787-797.
刘冬琛，王军政，汪首坤，等.一种基于并联6自由度结构的电动轮足机器人［J］.机器人，2019，41（1）：65-74.
LIU Dongchen，WANG Junzheng，WANG Shoukun，et al.An electric wheel-foot robot based on parallel 6-DOF structure［J］.Robot，2019，41（1）：65-74.
陈原，何淑垒，姜媛，等.轮-腿复合式移动机器人球面并联腿机构的动力学模型［J］，光学精密工程，2019，27（8）：1800-1810.
CHEN Yuan，HE Shulei，JIANG Yuan，et al.Dynamic model of spherical parallel mechanism for wheel leg hybrid mobile robot［J］，Optics and Precision Engineering，2019，27（8）：1800-1810.
0
浏览量
3
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-5
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies