六足步行机器人腿部机构运动学分析 - Ingenta Connect.PDF

第 32 卷 第 9 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.9 2016 年 5 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May 2016 45 六足步行机器人腿部机构运动学分析 1 1,2※ 1 张金柱 ，金振林 ，陈广广 （1. 燕山大学机械工程学院，秦皇岛 066004 ； 2. 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240 ） 摘 要：为了提高农业自动化程度，拓宽农业机器人的应用范围，提高农业机器人对工作环境的适应性及工作的灵活性， 该文介绍了一种六足步行机器人三自由度腿部机构。该机构由并联驱动机构和行走机构组成，既具有并联机构的特点， 又具有很好的防护性。该文建立了驱动机构动平台线速度与角速度之间的关系矩阵和该腿部机构全雅可比矩阵，绘制了 全雅可比矩阵条件数分布图，建立了并联驱动机构和腿部行走机构显式 3×3×3 形式 Hessian 矩阵。在满足步矩为 300 mm、 越障高度为 200 mm 的条件下，利用组合多项式的方法，对该腿部足端进行轨迹规划，并求出了足端轨迹函数。将该轨 迹函数作为足端输入，分别绘制了机构驱动关节在摆动相的角速度、角加速度理论曲线和虚拟样机仿真曲线。分析曲线 -3 mm ，从而验证了理论分析的正确性。该研究为六 中的数据可得角速度、角加速度的理论与仿真结果相近度均可达到 10 足机器人的开发和控制提供了参考。 关键词：机器人；计算机仿真；运动学；雅可比矩阵；轨迹规划 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.007 中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-09-0045-08 张金柱，金振林，陈广广. 六足步行机器人腿部机构运动学分析[J]. 农业工程学报，2016，32(9)：45－52. doi ： 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.007 Zhang Jinzhu, Jin Zhenlin, Chen Guangguang. Kinematic analysis of leg mechanism of six-legged walking robot[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(9): 45 －52. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.007 泛应用。本文介绍的六足机器人采用的腿部机构为三自 0 引 言 由度2RUS+RU+FD 机构(其中 R 、U 、S 分别表示转动副、 近年来在农业自动化领域，农业机器人的研究得到 虎克铰、球副；FD 表示平行四边形放大机构)，并将该机 了众多学者的重视[1-5] ，但专门用于农业领域的机器人并 构 3 个 R 副作为驱动副，以期提高六足机器人的防护特 不多见[6] 。据中国农业主管部门调查发现，随着中国现代 性，拓宽其应用领域。 农业生产方式从粗放型向集约