从动轮式龙行机器人动力学分析.pdf

【从动轮式龙行机器人动力学分析】 从动轮式龙行机器人是一种结合了轮式和腿式机器人特点的创新设计，它以其独特的运动方式和简洁的结构引起了研究者的关注。这种机器人在腿部末端安装了从动轮，轮子不需要独立的驱动装置，简化了机械结构并降低了重量。典型的从动轮式机器人包括Roller-Walker、两栖球形机器人、QRE B和QL.WIS等。这些机器人通常通过控制从动轮的方向角来产生前进动力，这增加了控制系统的复杂性。 龙行式机器人则采用了特殊的设计，摆臂末端的从动轮在摆动时会偏离平衡位置，但由于其自身的重力倾向，能回到最低点，从而间接控制方向角，减少了控制自由度。这种机制使得龙行式机器人的动力学分析具有独特性。 动力学分析是理解机器人行为的关键。在分析过程中，考虑到摆臂运动时机器人重心的变化，运用非完整约束理论建立动力学模型。非完整约束系统是指系统在某些方向上的运动受到限制，如机器人在光滑水平面上滚动，滚轮与地面保持刚性接触且无侧向滑动的情况。这种约束下的动力学建模常用的方法有拉格朗日乘子法、凯恩方程法、马基方程法和安沛尔方程法，其中拉格朗日乘子法因其实用性和直观性而被选择。 利用带不定乘子的拉格朗日方程，可以推导出机器人在滑行时的动力学方程，这有助于理解和预测机器人的动态行为。在建立动力学模型时，通常会对机器人进行简化的假设，例如忽略摩擦力、认为滚轮与地面为纯滚动接触等。 通过仿真算例和实际样机试验，可以验证建立的动力学模型的正确性和合理性。这种分析对于进一步研究机器人的控制策略、优化设计以及运动性能提升具有重要的理论基础。 从动轮式龙行机器人的动力学分析涉及非完整约束系统的理论，利用拉格朗日乘子法构建动力学模型，以理解和改善机器人的运动特性。这样的研究有助于推动机器人技术的发展，特别是对于新型、高效、复杂的机器人运动控制系统的开发。