十二重四面体机器人运动控制研究

"本文深入研究了空间多面体翻滚机器人，特别是十二重四面体机器人的运动分析与控制技术，以解决复杂地形的探索问题。文章着重探讨了机器人运动学、动力学、步态规划以及分散自适应控制策略。" 在当前的行星探测领域，传统移动机器人面临着应对大尺度沟壑和狭窄洞穴等复杂地形的局限性。为克服这些挑战，研究者提出了变拓扑结构的十二重四面体机器人，由8个外部节点和1个中心节点通过26根伸缩连杆构成。这种机器人可以调整其构型，通过改变重心来实现移动，具备高度的机动性和越障能力，特别适合在苛刻的行星环境中使用。 本文首先采用几何方法进行运动学分析，建立了十二重四面体机器人的位置正解和反解公式，通过实例验证了这种方法的准确性。接着，详细推导了机器人的雅克比矩阵，为后续的动力学建模提供了理论基础。作者应用拉格朗日方法构建了动力学模型，同时考虑了机器人与地面接触时的动力学效应，最终得到笛卡尔空间的动力学方程。 为了实现机器人的有效运动，研究者提出了特定的步态规划策略，利用运动学反解方法规划了连杆的位移轨迹。在ADAMS软件中进行的仿真验证了这些规划的可行性和有效性。考虑到机器人连杆间的强耦合特性，采用了分散控制策略设计了独立的连杆控制器，通过MATLAB和ADAMS联合仿真，证明了所设计控制器的性能，能确保连杆准确跟踪期望轨迹。 此外，研究还涵盖了十二重四面体机器人样机的控制系统设计，包括电机驱动模块、无线通信模块等硬件和软件方案，并进行了初步的测试验证，确保了系统的功能性和可靠性。 关键词涵盖的领域广泛，包括十二重四面体机器人、运动学分析、动力学模型、运动规划以及分散自适应控制，利用MATLAB和ADAMS工具进行仿真和设计。这项工作为未来复杂环境下的机器人探索和控制技术发展提供了重要的理论支持和实践指导。