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现代设计与技术・樊炳辉曾庆良车翠莲等基于ＡＤＡＭＳ的移动机器人仿真３９

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基于ＡＤＡＭＳ的移动机器人仿真

樊炳辉，曾庆良，车翠莲，江浩

（山东科技大学机器人研究中心，山东青岛２６６５１０）

摘要：讨论了一种新型的移动机器人结构。该机器人的形状与运行方式可以根据不同的环境进

行改变，使得其具有更强的越障能力。运用ＡＤＭＡＳ软件对其姿态变化过程的某些参数进行了

仿真分析，获得了一些仿真数据，这些为其物理样机的设计、优化和控制等提供了理论依据。

关键词：移动机器人；变形；仿真；ＡＤＭＡＳ

中图分类号：ＴＨｌｌ３．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—１６１６（２００６）０９—００３９—０４

本文的研究涉及一种形状可以改变的移动机

器人结构。该机器人共有ｌ２个自由度，其中有８

个转动关节驱动和４个履带驱动。通过它们，每一

个履带体都可以实现任意角度或方向的伸展、折叠

或旋转。本机器人没有反正面之分，通过其灵活多

变的关节姿态组合变化，可以改变其外形姿态及其

行走方式。机器人既可以折叠，也可以展开；既可

以卧行，也可以立行；既可以用履带行走，也可以采

用迈步方式行走；还可以做蠕动、翻卷等动作。而

这些动作组合是过去其他移动机器人所不能同时

具备的。该机器人不怕翻滚，越障、爬坡能力更强，

可以翻越相对更大的高墙或沟濠，甚至可以在泥泞

图１机器人运动姿态１

与沼泽地中行进。变形移动机器人可以在宇宙空

间探索、军事、防暴、探险、救灾等场合具有很好的

应用价值ｌ１￣３ｊ。本文的工作主要是利用ＡＤＭＡＳ

对该机器人进行某些运动仿真研究。

１动力学分析

移动机器人主要由１个躯体部分、４个折叠

臂、４个履带体所组成。其中每一个履带体都通过

个折叠臂和机器人的躯体相联，其主要结构及某

一

些运动姿态如图１～图４所示。

多体动力学方程的求解速度很大程度上取决

于广义坐标的选择ｌ。研究ｔ刚体在惯性空间中

的一般运动，可以用它的固定连体基的原点（一般

与质心重合）确定位置，用连体基相对惯性基的方

向余弦矩阵确定方位。为了解析地描述方位，必须图２机器人运动姿态２

规定一组转动广义坐标表示方向余弦矩阵。在对义坐标，用刚体的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位

机器人分析时，采用了欧拉参数方法作为转动的广的欧拉角作为广义坐标，即ｑ，［，，，０，

收稿日期：２００６—０３—２９

作者简介：樊炳辉（１９５８一）。男，山东济南人，山东科技大学教授。硕士，主要研究方向为机器人技术、虚拟样机、机械ＣＡＤ／ＣＡＥ。