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两栖仿海龟机器人步态规划及分析

芮宏斌 李路路 曹伟

芮宏斌, 李路路, 曹伟. 两栖仿海龟机器人步态规划及分析[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 46-52. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200571
引用本文: 芮宏斌, 李路路, 曹伟. 两栖仿海龟机器人步态规划及分析[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 46-52. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200571
RUI Hongbin, LI Lulu, CAO Wei. Gait Planning and Analysis of Amphibious Turtle Inspired Robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 46-52. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200571
Citation: RUI Hongbin, LI Lulu, CAO Wei. Gait Planning and Analysis of Amphibious Turtle Inspired Robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 46-52. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200571

两栖仿海龟机器人步态规划及分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200571
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 51775432

2022年陕西省教育厅重点科研计划项目 22JY051

陕西省技术创新引导专项 2018ZKC-160

2023年陕西省科技厅重点研发计划项目 2023-YBGY-357

详细信息
    作者简介:

    芮宏斌(1978-), 副教授, 博士, 研究方向为特种移动机器人设计, 车辆动力学与控制, hongbin.rui@126.com

  • 中图分类号: TH113.2

Gait Planning and Analysis of Amphibious Turtle Inspired Robot

  • 摘要: 针对清淤机器人移动困难、稳定性差等问题,参考海龟的身体结构和爬行动作,设计出了一种两栖仿海龟机器人。在介绍机器人结构的基础上,利用D-H方法对机器人进行运动学分析,建立并求解了支腿的变换矩阵和运动学方程; 规划了两种仿海龟爬行步态,根据机器人结构规划了电推缸的行程空间,并对足端轨迹和爬行步态做以优化; 在ADAMS中进行运动仿真,分析了机体的位移和速度变化曲线。结果表明,优化后的步态可以大大提高机器人的爬行速度和稳定性。
  • 图  1  两栖仿海龟机器人的三维模型

    图  2  机器人右前腿坐标系

    图  3  支腿的起升运动简图

    图  4  支腿的爬行运动简图

    图  5  右前腿足端的工作空间图

    图  6  海龟爬行步态顺序图

    图  7  机器人爬行步态简图

    图  8  电推缸的工作行程变化曲线

    图  9  机器人足端的最优轨迹

    图  10  对照组的驱动函数

    图  11  仿真动画图

    图  12  机身位移曲线

    图  13  机身速度曲线

    图  14  电推缸输出力曲线

    表  1  两栖仿海龟机器人的主要结构参数

    名称 尺寸/mm 质量/kg
    机体 (长×宽×高)960×608×245 50.0
    支撑腿 (直径×长度)28×430 0.6
    沼泽轮(单个) (直径×宽度)150×42 1.0
    支腿缸 (最短安装距×最大行程)250×150 1.0
    转腿缸 (最短安装距×最大行程)210×110 0.8
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    表  2  UA轮胎参数表

    参数名称 参数值 参数名称 参数值
    单个质量m/kg 1 动摩擦因数Umin 0.74
    卸载半径r/mm 75 滚动阻力因数f 0.015
    宽度L/mm 42 外倾刚度Cγ/(N·rad-1) 4.0×103
    纵横比 0.6
    径向刚度Kz/Nm 9.2×105 侧偏刚度Cα/(N·rad-1) 4.6×103
    径向阻尼Cz/[N·(m·s-1)-1] 6×107
    静摩擦因数Umax 0.94 纵向滑移刚度Cz/Nm 3.0×103
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-01-22
  • 刊出日期:  2023-01-25

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