AYSYS永磁攀爬机器人操控系统设计(3)
时间:2017-03-16 20:44 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
2.2 机器人运动方式 由于设计的机器人具有四个腿部机构，且每个腿部机构分别由各自的舵机驱动，各腿之间运动相对独立，因此可以设计多种不同的步态方案完成机器人的壁面爬行动作。以直线爬行为例，我们设计两种周期型步态。图2.4设计的是一种同侧双足同步的步态方案。右前腿为a号，左前腿为b号，右后腿为c号，左后腿为d号，1为机器人初始状态。2为腿a腿c前一步，此时机器人框架不动，重量由腿b腿d支撑。3为腿b腿d在吸附状态下向后运动，此运动效果将机器人框架向上推，并由于腿b腿d倾斜使得腿a腿c可以靠近壁面并再次完成吸附。4为腿b腿d松开壁面，腿a腿c向后运动，将机器人框架拉上来，腿b腿d松开壁面并向上运动恢复为1.完成整个周期的运动[12]。 图2.4周期型步态简图 这种步态还可以进行简化，把身体的移动和腿部移动进行结合如图2.5所示： 图2.5优化后的周期型步态简图 机器人在完成动作三时，将腿b腿d向上转动，同时腿a腿c向后转动，即可呈现图4状态，类似于人类跨步行走。这样就能缩短周期时间，提高运动效率，加快运动速度，但是对稳定性提出了更高的要求[23-24]。 机器人腿部结构如图2.6所示，腿部主干部分与机器人框架连接处配置一电机，用来在一定角度内转动腿部，完成“跨步”动作。主干与攀爬器连接处有一活动关节，此关节没有驱动设备，但限定一定的角度。此处设计是为了防止机器人在运动时，攀爬器与壁面之间不会出现死角，阻碍机器人行进。攀爬器内部有一电机，用来改变内部磁极方向，使吸附力发生变化。配合完成机器人运动时对磁力的具体需求。 图2.6机械臂简图 工作原理： 机器人运动时，通过操作机器人腿上的两个电机完成“跨步”“推送”等步骤。机器人正在运动中，腿的运动方式有两种，分别进行分析： 跨步： 状态一，如图2.7所示：机器人腿与钢铁壁面成直角，此时攀爬脚处于强磁力状态，与壁面摩擦力最大，以便保持机器人在壁面静止状态[9-11]。 图2.7初始状态的攀爬脚 状态二，如图（2.8）所示：攀爬器磁极变化，由强磁状态编程弱磁，对钢铁壁面的吸附力减小，摩擦力减小，由机器人脚上的电机带动按照程序设定旋转一定角度。机器脚与壁面分离，处于悬空状态。 图2.8跨步状态的攀爬脚 状态三，在其他腿带动下，机器人框架向上移动。此时攀爬器上磁极变化，吸附力增加。由于在攀爬器与机器人脚连接处的活动装置，使攀爬器工作面与壁面平行，并再次吸附钢铁壁面，在电机的带动下，机器人腿再次与壁面垂直，进而将机器人框架上拉，返回状态一。 以上介绍的腿的方式为“跨步”腿，作用首先是在两外两腿离开壁面是稳定机器人框架，在另外两条腿吸附的前提下，向上推送攀爬器，当攀爬器再次吸附壁面时，由电机驱动，拉动整个框架向上运动。另外的两条腿称为“推送腿”，作用是在“跨步”腿离开壁面时，将框架向上推送。伴随框架的向上移动，框架与壁面距离减小，“跨步”腿上的攀爬器逐渐与壁面接近，完成再次吸附。 推送： 状态一：此状态下“推送”腿与“跨步”腿状态一致，不做论述，如图（2.7）。 状态二：此时，“跨步”腿已完成其“状态二”的动作，处于离开壁面状态，腿部电机旋转，将机器人框架向上推送。此过程中框架与壁面距离减少，使“跨步”腿再次与壁面吸附。如图（2.9）所示： (责任编辑：qin) |