● 摘要
蟑螂机器人具有较好的地形自适应能力，能完成多种机器人工作，其研究具有重要的科学意义和实际应用价值。由于崎岖地形的不规则性和多足机器人机构的复杂性，有效地协调控制机器人各腿的运动，使之沿着最优路径到达目的地，是一个很具挑战性的问题。本文针对蟑螂机器人的步态规划、路径规划方法及运动学理论，进行了相关的研究工作。根据生物蟑螂的行走特性，本文采用一种新的自由步态——主/次步态作为仿生蟑螂机器人的步态产生方法。机器人主要以主步态模式行走，以提高运动效率，当主步态失效时，利用次步态模式进行调整，以实现机器人的地形自适应运动。主步态采用规则步态，综合考虑行走时的约束条件和障碍物对移动参数的影响。次步态采用A*算法的图形搜索方法，对机器人每一步的支撑状态进行择优选择。仿真结果证明了该算法的正确性和有效性。蟑螂步行机器人的机动性要远远大于轮式机器人，所以轮式机器人的路径规划方法并不适用于蟑螂机器人。本文结合蟑螂六足机器人步行的特点，对地型模型上每个栅格进行可行性评估；利用A*搜索算法，提出了一种充分体现步行机器人优越性的路径规划方法，并进行了仿真验证。蟑螂机器人腿的运动是实现行走的基础，本文最后对蟑螂机器人运动学理论做了初步探讨。利用奇次变换和几何解析法，进行了前向运动学以及逆向运动学研究，分析了机器人腿几种不同足端轨迹曲线的特点。