仿生ALUV步行机构与控制策略的研究
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摘要
本文主要以八足步行机器人为研究对象，基于蟹生物建立了模型。首先介绍了目前的八足机器人的研究发展，及与此相关领域的发展概况，对八足机器人的影响等作了综合的比较。目前的八足机的模型样式很多，通过观察分析比较，总结出了蟹的行走规律，得出一种适合于目前进行现有机构的研究方法的模型，并进行运动学计算；本文用拉格朗日的动力学方程为依据，推出了该模型的一系列公式；在运动学分析时采用串并联一体综合考虑的方法，利用并联机构理论的一、二阶影响系数法，得出八足机的运动学方程，对该模型进行了数据仿真；提出了控制策略方案；将一些较新的产品应用到机器人上面；进行轨迹分析时采用了多项式插值法，考虑到机器人的行走步幅较小，插值曲线相对作了一定的简化，更利于分析机器人的特性，从而分析了这种模型的合理性。为进一步研究八足机提供了一定的理论基础。
This paper presents a crab-like model to study the eight-legged walking machine, applies it to the have-mechanism, and calculates the kinematics' formula. Also gives a series of formulas about dynamics deduced from Lagrange's equation and the kinematics with the means of series-parallel analysis by simulating the ways according the theory of influence coefficient, then the kinematics' equation of eight-legged machine was given. The ways to control the machine, some advance products in other fields, the means of the multinomial calculation were used into the track analysis to analyze the characteristic of the machine, and prove the rationality of this model. This model may provide some help in the field of the eight-legged machine.
This paper presents a crab-like model to study the eight-legged walking machine, applies it to the have-mechanism, and calculates the kinematics' formula. Also gives a series of formulas about dynamics deduced from Lagrange's equation and the kinematics with the means of series-parallel analysis by simulating the ways according the theory of influence coefficient, then the kinematics' equation of eight-legged machine was given. The ways to control the machine, some advance products in other fields, the means of the multinomial calculation were used into the track analysis to analyze the characteristic of the machine, and prove the rationality of this model. This model may provide some help in the field of the eight-legged machine.
引文
1 刘方湖，陈建平，等．行星探测机器人的研究现状和发展趋势．机器人，2002，24(3)：268-275
2 陈应珍．国外海洋机器人技术发展动态．海洋高新技术，2002，4：21
3 Elsey, Dr., Gary Bane, et al. Autonomous Legged Underwater Vehicles for Near Land Warfare, Proceedings of the Autonomous Vehicles in Mine Countermeasures Symposium, Naval Postgraduate School, 1995.
4 特雷弗·蒂姆．遥控潜水机器人．科技新时代，2003(1)：36-36
5 多田智彦，侯建军．先进的水下机器人．外国海军文集，2003(3)：38-39
6 徐国华等．移动机器人的发展现状及其趋势．机器人技术与应用，2001，3：14-21
7 龚振邦等．机器人机械设计．北京：电子工业出版社，1995．298-316
8 柳洪义．机器人技术基础．北京：冶金工业出版社，1999
9 王树国等．特种机器人的基础科学问题和发展战略思考．中国科学基金，2002，5：269-273
10 甘东英等．步行机器人述评．机械工程，1990，4：2-4
11 杜永辉．黄真．昆虫腿机构参数测量机械设计，1992，1：24-26
12 杜志江，邵兵，等．基于Internet的主从遥控机器人关键技术研究．黑龙江大学自然科学学报，2002．19(4)：54-59，66
13 刘清等．步行机器人的步态选择与静态平衡．机器人，1990，12(3)：24-29
19 戴爱云．蟹类的形为Ⅰ：个体形为四川动物，1991，10
20 沈嘉瑞等．中国动物图谱第二册(甲壳动物)，科学出版社，1964
21 戴爱云等．我国的虾蟹．北京：北京科技出版社，1975．78-95
22 吴钿．江苏沿海蟹类调查．南京师大学报(自然科学版)，1989，12(2)：54-60
23 干东英等．国内外机构学概况发展方向．机械传动，1992，16(1)：5-9
24 李昱．细小工业管道管外机器人系统．管道技术与设备，2003，0(3)：35-38
25 刘国栋．我国的机器人的研究和发展．江南学院学报，2001，16(4)：35-39
26 封锡盛．中国水下机器人海底探秘．高技术通迅，1995，17(1)：32-35，41
27 颜国正．仿生机器人的研究状况及其未来发展．机器人，2001，23(5)：476-479
28 张秀丽，郑浩俊，等．机器人仿生学研究综述．机器人，2002，24(2)：188-192
29 宗光华．毕树生．关于21世纪初我国仿生技术和仿生制造的若干思考．中国机械工
程，2001，12(10)：1201-1204
30 林良民，仿生机械学．上海交通大学出版社，1989
31 孙立宁．机器人技术国内外发展．国内外机电—体化技术，2002，5(4)：29-56
32 熊有伦等．机器人操作．武汉：湖北科学技术出版社，2002
33 余达太等．工业机器人应用工程．北京：冶金工业出版社，1999
34 徐小云等．六足微型仿生机器人及其控制系统的研究．计算机工程．2002，28(11)：81-83
35 蔡志兴．机器人学．北京：清华大学出版社，2000
36 Kuan D. Phipps C, Hsuch A C. Autonomous Robotic Vehicle Road Following. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1988, 10(5):648-658
37 黄真．并联机器人机构学理论及控制．北京：机械工业出版社(第一版)．1997
38 Stewart D A. Platform with 6-DOF. Proc in Institution of Mechanical Engineering, 1965:18(1):371-386
39 赵玮．串并联微操作机器人系统的研究．北京航空航天大学学报，2001，27(6)：623-627
40 赵锡芳．机器人动力学．上海：上海交通大学出版社．1992
41 李刚俊．机器人的三维运动仿真．西南交通大学学报，2002，37(3)：273-276
42 文福安等．并联机器人机构概述．机械科学与设计，2000，19(1)：69-72
43 马香峰．机器人机构学．北京：机械工业出版社．1991
44 MacCallion H Pham DT. The Analysis of a Six Degree of Freedom Workstation for Mechanismed Assembly. Proceedings of the 5th World Congress on Theory of Machines and Mechanisms, 1997,7
45 黄真等．空间并联机器人机构的特殊位形分析．东北重型机械学院，13(2)：1989，13(2)：1-6
46 胡准庆等．机器人奇异性分析．机器人技术与应用，2001，6
47 查选芳．多足步行机器人腿机构的运动学研究．东南大学学报，1995，25(2)：103-107
48 Bourbakis N G. KydonasAn autonomous hybrid robot:walking and climbingIEEE Robotics and Automation Magaxing, 1998(6). 52-59
49 Long G L. Collins C L. A Pantograph Linkage Parallel Platform Master Hand Controller for Force Reflection. IEEE Int. Conf. on Rob. and Aut, 1992:390-395
50 郑一等．一种机构解析软件及其在新型类人机器人研究中的应用．机器人技术及
应，2002，4：8-10
51 郭巧．现代机器人学：仿生系统的运动感知与控制．北京：北京理工大学出版社，1996
52 Bares J, Whittaker W L. Configuration of autonomous walkers for extreme terrrain The International Journal of Robotics Research 6 12 1993 535-559
53 D.C. Kar, K. Kurien Issac, K. Jayarajan. Gaits and energetics in terrestrial legged locomotion. Mechanism and Machine Theory, 2003,38:355-366
54 赵铁石，赵永生，等．海蟹足系仿生机构模型及位置反解．东北重型机械学院学报，1996，20(1)
55 赵永生等．空间多关节六足步行．机器人机构的轻便性分析．东北重型机械学院，1993，17(2)：135-138
56 杨东超等．机器人一般自由度计算公式的统一认识．机械设计，2002，8：24-27
57 卢德明．运动生物力学-测试方法．北京：北京体育大学出版社．2001
58 郑秀瑗．现代运动生物力学．北京：国防工业出版社．2002
59 田继廉等．步行机器人的结构图与步态．机电工程，1993，4：15-17
60 甘建国等．六足步行机缩放式腿机构的．运动学、动力学及控制算法．光学机械，1990，6：44-48
61 丁丽娟．数值计算方法．北京：北京理工大学出版社。1997
62 王沫楠等．两栖仿生蟹的单足路径规划和生成．哈尔滨工程大学学报，2003，24(3)：296-301
63 朱志强，王宣银．机器人技术及应用．杭州：浙江大学出版社．2001
64 魏立新．6-DOF并联机器人动力学建模及其控制策略研究：[硕士学位论文]．河北：燕山大学控制理论与控制工程，2002
65 张卫宁．DSPs原理及应用．北京：国防工业出版社．2002
66 徐小云等．六足微型仿生机器人及其控制系统的研究．计算机工程，2002，28(11)：81-83
67 屈彦呈等．一种通用的视觉机器人体系结构．计算机应用研究，2002，8：24-26
68 赵文华．基于DSP是技术的永磁无刷直流电机控制系统研究：[硕士学位论文]．黑龙江：哈尔滨工程大学控制理论与控制工程，2002
2 陈应珍．国外海洋机器人技术发展动态．海洋高新技术，2002，4：21
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63 朱志强，王宣银．机器人技术及应用．杭州：浙江大学出版社．2001
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