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仿山羊坡地行走四足机器人单腿研究近年来,随着智能农机装备的发展,农业机器人取得快速发展。目前可移动农业机器人主要有履带式、轮式和足式,足式机器人相对于其它行走机器人具有良好的越障能力和灵活的运动性能。目前用于农业的足式机器人较多的是四足机器人,但农业环境复杂,对其稳定行走能力提出了更高的要求,因此研究能在崎岖地形行走的四足机器人对于促进我国智能农机装备的发展具有重要意义。山羊躯体较小,经过长期进化能在凹凸不平的地面上行走,可为研究农业四足机器人提供仿生蓝本。1.山羊坡地行走试验与分析。搭建山羊坡地行走试验测量系统,获得山羊运动的图像序列并处理,获得山羊坡地行走时速度、加速度、关节角度、行走步态和足端轨迹等运动参数并分析。2.山羊蹄底部非规则仿生形貌数学模型构建。搭建山羊蹄三维扫描系统,对其进行扫描,获得点云数据并对其进行点、多边形、精确曲面处理和偏差分析。根据山羊蹄为偶形蹄特征,对山羊蹄底部点云数据进行分割,把分割后的点云数据进行非均匀过滤等处理并导出三维坐标值,然后把点云数据三维坐标值导入到Matlab软件进行多项式拟合,并对拟合结果的残差平方(SSE)、均方差(RMSE)和决定系数(R~2)进行分析,得到山羊蹄底部非规则曲面数学模型,最后选取其它3个山羊蹄底部的点云数据三维坐标值导入所建的数学模型并验证了所建数学模型的正确性。3.仿山羊四足机器人设计与数学模型研究。在分析四足机器人拓扑结构和山羊身体结构基础上,设计仿生四足机器人机械本体;然后,基于D-H方法对其单腿和整机进行运动学分析,并得到其运动时关节角度变化的速度和加速度方程;最后,采用拉格朗日方程法对其进行动力学分析,得到其动力学方程。4.仿山羊四足机器人步态运动规划。在walk步态规划时,基于高次多项式的零冲击的足端轨迹规划方法分别对其摆动相和支撑相进行规划,然后采用Matlab软件计算并绘制其足端轨迹,最后得到四足机器人在walk步态行走时的抬腿迈步顺序图。在Trot步态规划时,采用修正的复合摆线轨迹规划的方法,分别在四足机器人行走方向和抬腿上按抬腿、迈步和着地的顺序把加速度分为三个阶段,其中迈步阶段的加速度为0,抬腿和着地阶段的加速度取正弦函数,利用Matlab软件可得四足机器人在Trot步态行走时单腿足端轨迹的加速度随时间的变化曲线、速度随时间的变化曲线以及位移随时间的变化曲线,最后得到四足机器人在Trot步态行走时的抬腿迈步顺序图。5.仿山羊四足机器人试验平台搭建与试验。在介绍试验平台硬件的基础上,分别搭建机械单腿试验平台和整机试验平台,并基于OtoStudio软件平台开发上位机软件,最后对

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