复杂地形下仿生轮腿式机器人位姿控制研究

作     者：张庆 潘烤鑫 王振宇 黄韶炯 尤泳 王德成 ZHANG Qing;PAN Kaoxin;WANG Zhenyu;HUANG Shaojiong;YoU Yong;WANG Decheng

作者机构：中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学草业机械装备研究中心北京100083 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFD2202102) 财政部和农业农村部:国家现代农业产业技术体系项目(CARS-34) 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2024年第55卷第6期

页      码：380-391,403页

摘      要：丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实现位姿调平控制的轮腿式机器人平台,提升复杂地形下的作业稳定性和安全性。以昆虫后足为仿生机械设计对象,并结合多连杆机构原理,完成新型变行程轮腿机构及机器人平台的整体架构设计。采用D-H参数法分析了轮腿机构运动学特性,结果显示轮腿式机器人离地间隙最大调整量为574mm,具备较强的越障能力。在空间坐标系上定义轮腿式机器人空间姿态参数,推导得到机身姿态角与轮腿伸缩量之间的空间姿态模型,并设计了基于NSGA-Ⅱ的机身空间姿态逆解算法。基于空间姿态逆解算法构建了轮腿式机器人全向位姿调平位姿控制系统,包含机身调平控制器、“虚腿”补偿控制器和质心高度控制器,在复杂地形下行驶时能够控制轮腿式机器人俯仰角、侧倾角、接地力、质心高度等空间姿态参数,然后通过搭建的轮腿式机器人ADAMS-Matlab联合仿真模型完成了位姿控制系统算法仿真验证。在机器人样机上开展了离地间隙自动调整和机身全向位姿调平试验,试验结果表明,试验样机离地间隙最大调整量为574mm,同时在复杂地形下能够实现机身位姿全向自动调平,调平平均时间约为1.2s,调平平均误差为0.8°,位姿控制响应速度与调平精度能够满足实际工作要求。

主 题 词：轮腿式机器人 复杂地形 仿生 位姿控制 样机试验 

学科分类：082803[082803] 08[工学] 0828[工学-建筑类] 080204[080204] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.6041/j.issn.1000-1298.2024.06.039

馆 藏 号：203127406...