兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 247-259.doi: 10.12382/bgxb.2022.0823
所属专题: 特种车辆理论与技术
姜祎1,2,3, 王挺1,2,*(), 邵沛瑶4, 徐瑶5, 邵士亮1,2
收稿日期:
2022-09-14
上线日期:
2023-02-10
通讯作者:
基金资助:
JIANG Yi1,2,3, WANG Ting1,2,*(), SHAO Peiyao4, XU Yao5, SHAO Shiliang1,2
Received:
2022-09-14
Online:
2023-02-10
摘要:
为实现地面移动机器人在复杂地形下的环境探索需求,结合轮式机器人的高速特性和足式机器人对地形适应性强的特征,提出一种轮幅型轮腿复合型机器人,并针对其在移动过程中的振动问题以及爬梯过程中的越障问题,对机器人进行步态研究及性能分析。从静力学分析中得出机器人轮腿结构以不同姿态着地时的受力情况,结合实际情况中机器人运动约束对机器人在前进、转向和越障等任务中的步态进行分析,并基于动力学仿真ADAMS软件建立动力学模型来模拟机器人不同步态下的振动情况以及越障性能。研究结果表明,结合本文提出的步态控制方法,该轮腿复合型机器人在复杂地形环境中具有较好的行进效率和越障能力。
中图分类号:
姜祎, 王挺, 邵沛瑶, 徐瑶, 邵士亮. 一种轮腿复合型机器人的步态研究与越障性能分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 247-259.
JIANG Yi, WANG Ting, SHAO Peiyao, XU Yao, SHAO Shiliang. Gait Study and Obstacle-Surmounting Performance Analysis of a Wheel-Leg Hybrid Robot[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(1): 247-259.
参数 | 数值 |
---|---|
长度/mm | 696 |
宽度/mm | 370 |
轴距/mm | 350 |
轮距/mm | 340 |
轮腿长度/mm | 173 |
弹簧刚度系数/(N·m-1) | 2500 |
弹簧阻尼系数(N·s·m-1) | 800 |
表1 六轮幅轮腿机器人基本参数
Table 1 Parameters of the six-spoke wheel-leg robot
参数 | 数值 |
---|---|
长度/mm | 696 |
宽度/mm | 370 |
轴距/mm | 350 |
轮距/mm | 340 |
轮腿长度/mm | 173 |
弹簧刚度系数/(N·m-1) | 2500 |
弹簧阻尼系数(N·s·m-1) | 800 |
步态 | 轮腿关系 |
---|---|
对角 | 对角线上轮腿相位一致,同轴轮腿有相位差 |
同侧 | 同侧轮腿相位一致,同轴轮腿有相位差 |
前后 | 同轴轮腿相位一致,同侧轮腿有相位差 |
滚动 | 四轮腿相位一致 |
表2 机器人步态特征
Table 2 Gait characteristics of the robot
步态 | 轮腿关系 |
---|---|
对角 | 对角线上轮腿相位一致,同轴轮腿有相位差 |
同侧 | 同侧轮腿相位一致,同轴轮腿有相位差 |
前后 | 同轴轮腿相位一致,同侧轮腿有相位差 |
滚动 | 四轮腿相位一致 |
图6 单轮腿结构受力分析(左为轮腿受力模型图,右为轮腿力和力矩平衡图)
Fig.6 Force analysis of a single wheel-leg (lift: the model diagram of wheel-leg force, right: the balance diagram of wheel-leg force and moment)
台阶高度/mm | 台阶宽度/mm | 通过性 |
---|---|---|
175 | 260 | 通过 |
175 | 300 | 通过 |
175 | 350 | 通过 |
150 | 260 | 通过 |
150 | 300 | 通过 |
150 | 350 | 通过 |
125 | 260 | 通过 |
125 | 300 | 通过 |
125 | 350 | 通过 |
表3 台阶实验结果
Table 3 Stairs experiment results
台阶高度/mm | 台阶宽度/mm | 通过性 |
---|---|---|
175 | 260 | 通过 |
175 | 300 | 通过 |
175 | 350 | 通过 |
150 | 260 | 通过 |
150 | 300 | 通过 |
150 | 350 | 通过 |
125 | 260 | 通过 |
125 | 300 | 通过 |
125 | 350 | 通过 |
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