轮腿混合机器人机械腿动力学建模与驱动预估

摘要：

提出了一种可以同时实现迈步行走、有动力轮式机动、无动力轮旱冰式滑行3种运动方式的轮腿混合四足军用机器人,它采用一种基于3-UPS机构的6自由度并联机械腿,对并联机械腿进行了动力学建模与驱动参数峰值预估.通过矢量回路法推导出机械腿的机构传递映射模型,并建立了机构的雅可比矩阵;采用非保守系统的拉格朗日方程建立了机械腿的动力学模型,得到了驱动参数与机械腿的运动函数之间的显式方程.通过机械腿的动力学模型,对6个伺服电机的驱动转速、力矩进行了峰值预估分析,计算出各伺服电机中的最大理论转速为19.7 r/s,最大理论力矩为71 mN·m.通过一个具体的机械腿设计方案和结构参数算例,分析了机器人按照“1-2-34”循环步态迈步行走过程中,其6个伺服电机的瞬时转速、瞬时力矩随时间的变化规律曲线,并计算出此算例的伺服电机最大转速为15.3 r/s,最大力矩为48.1 mN·m,均小于预估模型中的预估理论极限峰值,通过计算得出算例的伺服电机选型预估功率为77 W,算例结果证明了所建立的驱动参数峰值预估模型的合理性.

关键词：机械学、机器人、轮腿混合、并联机械腿、动力学分析、拉格朗日方程、峰值预估模型

所属期刊栏目：38

分类号：TP242.3(自动化技术及设备)

资助基金：国家科技支撑计划项目2015BAI06B01;河北省高等学校科学技术研究青年基金项目QN2015185;河北科技师范学院博士启动基金项目2015YB004

在线出版日期：2017-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1619-1629