六足爬壁机器人的运动学建模与仿真
六足爬壁机器人的运动学建模与仿真
邓超锋，魏武，侯荣波，余俊侠
（华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510641）
来稿日期：2018-06-24
基金项目：国家自然科学基金（61573148）；广东省科技重大专项（2015B010919007）
作者简介：邓超锋，（1990-），男，江西上饶人，硕士研究生，主要研究方向：机器人控制技术、智能控制技术；
魏武，（1970-），男，湖南益阳人，博士研究生，教授，主要研究方向：机器人控制技术、智能控制技术、模式识别与人工智能1引言
六足机器人因机构简单且灵活、承载能力强及稳定性好[1]，
且具有良好的运动灵活性和环境适应性等优点，同时其肢体冗余
的结构特点保证了机器人能够完成多种工作，在核工业、建筑、交
通、石化和消防等领域有较好的应用前景[2-4]。具有很重要的研究
意义和实用价值。一直是国内外的足式机器人研究的重点。
需要通过控制六足机器人而使其完成特定的任务，其中最
为普遍的一个方面是对其运动的控制。可以把六足机器人看作是
由六条腿组成的并联机构，而每条腿是由多个连杆经关节构成。因六足步行机器人的多链结构、时变的运动拓扑，而且还具有冗余驱动系统，其运动学较轮式移动机器人运动学要复杂的多[5]。控制机器人的运动就是控制机器人各连杆及各关节之间的相对位置、速度及力。所以，六足机器人运动学模型为完成对六足机器人运动控制的基础。机器人运动学分析包括正运动学和逆运动学分析。正运动学分析是指根据给定的机器人各关节变量来求解出机器人末端执行机构的位置与姿态；逆运动学是指根据给定的机器人末端执行机构的位置与姿态，反求解出机器人各关节变量[6]。如为了使得服务机器
摘要：六足机器人因其运动灵活、承载能力强和稳定性好等优点得到广泛的应用。为对六足爬壁机器人运动进行控制，首先要建立其运动学模型。因基于旋量理论的建模方法能够简化运动学计算过程的复杂性，基于旋量理论建立了六足爬壁机器人正运动学模型，并在此基础上求解机器人逆运动学。同时为了对比分析所建模型的准确性，我们在ADMAS 上建立机器人虚拟样机仿真模型，并且设计步态，使虚拟样机末端执行器按照预定的轨迹运动。其次在MATLAB 软件下根据建立的逆运动学模型求解机器人末端执行器按预定轨迹运动时各关节转动角度。通过对比两个模型各关节转动角度随时间变化的曲线，以及各关节角度误差和末端位移误差来验证建立的机器人运动学模型的正确性。研究结果表明，基于旋量理论建立的六足爬壁机器人的运动学模型精度高，能够作为多足机器人研究的基础。
关键词：旋量理论；逆运动学；旋转步态；ADMAS 仿真；转动角
中图分类号：TH16；TP242.3文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2018）12-0245-04
Kinematics Modeling and Simulation of Hexapod Wall-Climbing Robot
DENG Chao-feng ，WEI Wu ，HOU Rong-bo ，YU Jun-xia
（School of Automation Science ＆Engineering ，South China University of Technology ，Guangdong Guangzhou 510641，China ）Abstract ：Hexapod robot is widely used because of its flexible movement ，strong carrying capacity and good stability.In order to control the motion of the hexapod wall-climbing robot ，the kinematic model should be established.Since the modeling method based on screw theory can simplify the complexity of kinematics calculation.A kinematic model of six -legged climbing robot is established based on screw theory.And on this basis ，the inverse kinematics of the robot is solved.At the same time ，in order to compare and analyze the accuracy of the model ，we set up the virtual prototype model of robot in ADMAS ，and design the gait to make the virtual prototyping end effector move according to the predetermined trajectory.Secondly ，according to the inverse kinematics model established under the MATLAB software to solve the robot end effector according to the predetermined trajectory movement of the joint rotation angle.The correctness of the kinematic model of the robot is verified by comparing the curve of the joint rotation angle with time and analyzing the joint angle error and the end displacement error.The results show that the kinematic model of the hexapod climbing-wall robot based on screw theory is high precision.Can be used as a basis for multi-legged robot research.
Key Words ：Theory of Screw ；Inverse Kinematics ；Rotating Gait ；ADMAS Simulation ；Rotation Angle Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造第12期
2018年12月245
万方数据