【正文】 動精度研究 8 根據(jù)機器人的理論模型設計一條直線步態(tài)，通過對機器人在該步態(tài)下實際運動中機體軌跡誤差數(shù)據(jù)的測量，通過機器人的誤差模型，計算出站立腿驅(qū)動關節(jié)參數(shù)誤 差值。在此基礎上，根據(jù)靈敏度分析結(jié)果， 提出一種在給定刀具位姿允差條件下，以零部件制造公差加權歐氏范數(shù)最大為目標，以角性公差和線性公差在同一精度等級下達到均衡為約束條件的精度設計方法。焦國太 [25]在剛性機器人精度分析的基礎上，結(jié)合柔性機器人的研究成果，對機器人位姿誤差的分析，充分考慮了連桿和關節(jié)柔性以及靜態(tài)誤差對機器人末端執(zhí)行器位姿精度的影響，將剛性機器人的精度分析方法和柔性機器人的運動學和動力學研究相結(jié)合，建立了機器人的位姿誤差分析模型。在誤差概率分析的基礎上，建立了以連桿參數(shù)公差為設計變量、公差制造成本為目標函數(shù)、絕對位姿誤差滿足設計精度為約束條件的機器人機構(gòu)精度優(yōu)化設計的數(shù)學模型。徐衛(wèi)良 [23]則通過直接對各個原始誤差的微小位移矢量進行合成，建立了機器人手部位姿誤差的數(shù)學模型。黃真教授 [21]采用螺旋理論對并聯(lián)機器人位姿誤差進行了分析，其研究內(nèi)容是分析已知尺寸誤差，控制誤差以及運動副間隙對末端位姿誤差的影響。 Han S Kim對 Stewart 平臺的并聯(lián)機器人運動誤差范圍作了分析與綜合 ,通過對誤差模型特征值問題的分析，研究了特征值與位姿誤差和鉸點誤差界限的關系，提出了 Stewart基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 7 平臺誤差界限正逆解問題的分析方法，并以雙三角 Stewart 平臺為仿真對象，分析了動平臺平移和轉(zhuǎn)動時特征值的變化情況。 Wang S M 和Ehmann 利用坐標轉(zhuǎn)換方法，針對并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動器誤差、鉸鏈自身誤差及鉸 鏈定位誤差建立可以直接微分的輸入輸出方程然后進行直接微分，進行誤差建模。后來， A Kuman 和 S Prakash 引入結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差，導出了綜合考慮運動變量誤差和結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差的機器人末端執(zhí)行器的位置誤差表達式。早在 1978 年， K J Waldron 和A Kuman 就提出了操作機器人的位置誤差問題。目前，有很多學者對并聯(lián)機器人誤差進行了研究，由于多足步行機器人在瞬時類似于具有冗余驅(qū)動的并聯(lián)機構(gòu)，因此，對并聯(lián)機器人的誤差分析理論也可用于多足步行機器人的誤差研究中。 行機器人誤差研究的現(xiàn)狀 機器人的實到位姿與理論位姿之間的偏差，稱為機器人的位姿誤差，這個指標直接影響到多足步行機器人 定位精度。 從目前國內(nèi)外多足步行機器人的研究現(xiàn)狀可看出 ，多足步行機器人多作為一種移動平臺，很難實現(xiàn)復雜的操作功能。 2021 年 ,上海交通大學研制了微型六足仿生機器人。 1991 年 ,上海交通大學研制了四足步行機器人 JTUWM 系列。 1990 年 ,中國科學院沈陽自動化研究所研制出了六足步行機器人。 1980 年 ,中國科學院研制 成功了 八足步行 機器人 。 國內(nèi) 從 20世紀 80 年代 末 90 年代初開始研究 步行機 [8]。該機器人有 6 條腿 , 且每條腿有 4 個自由 度，具有用手搬運物品及用腳移動或進行作業(yè)的雙重機能，具有全方向移動的機能和全方位均等的作業(yè)空基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 6 間，可懸吊于天花板進行作業(yè)或在不平地面上移動。對有手腳融合功能的多足步行機器人的研究極少涉及。 華中科技大學 研制 的 4+2多足步行機器 人 [13]。 2021 年 ,上海交通大學研制了微型雙三足步行機器人MDTWR。同年 ,清華大學 也研制成功了全方位三 足步行機器人 DTWN。 1989 年 ,北京航空航天大學研究 成功了四足步行機器人。 近年來 ,對 多足步行機器人 相關 技術 的研究取得了一系列 成果。采用電機驅(qū)動，有 6 個 CCD 攝像機和 11 個傳感器。 圖 111 SIL04 圖 112 ASTERISK 2021 年由大阪大學的新井健生、田窪明仁等研制成功的新型手腳統(tǒng)一型步行機器人ASTERISK[8]，如圖 112 所示。機器人每條腿有 3 個回轉(zhuǎn)關節(jié)，并裝有傾角器、編碼器、力傳感器和電位器。該機器人實現(xiàn)了實時控制。 1998 年由德國開發(fā)的四足機器人 BISAM[9]，如圖 110 所示。 1995 年 ， 日本的安達、小谷內(nèi) 等研究了手腳統(tǒng)一型步行機器人 MELMANTIS[8],能將腳的移動和手臂的操作統(tǒng)一起來。能轉(zhuǎn)彎、步行和跨臺階，但可靠性較差。 1996 年研制的四足機器人 TITANVIII，如圖 17 所示， 它 具有很 高的地面 適應能力，腿能夠作為工作臂，用于排雷和探測地雷 [5]。 TITANIII[4]，其 足由形狀記憶合金組成， 且 裝有信號處理系統(tǒng)和傳感器，可以自動檢測與地面接觸的狀態(tài)。 Attila 采用 了 模塊化設計 , 頭、腿、身體都 有 各自的驅(qū)動器 、 傳感器和子處理 器 ， 有 19個自由度。 圖 13 Colliel 圖 14 Collie2 圖 15 “ Spiderrobot” 圖 16 “ Attila” 美國 NASA 研制的微型爬行機器人“ Spiderbot” ， 如圖 15所示 ,機器人外形 象 蜘蛛 , 基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 4 重量輕 ,體積只有人頭部的一半大小 ,可以在不規(guī)則的星球表面爬行。 Collie2每條腿有 5個關節(jié)，且每個關節(jié)都裝有電位器。 19841986 年東京大學的 Shimoyama 和 Miura 研制了 Colliel 四足機器人，如圖 l3 基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 3 圖 11 步行機 “WalkingTruck” 圖 12 第一臺四足步行機器人 KUMO 所示。 Collie2每條腿有 5個關節(jié)，且每個關節(jié) 都裝有電位器。 19841986 年東京大學的 Shimoyama 和 Miura 研制了 Colliel 四足機器人，如圖 l3所示。 它的外形 像 一個蜘蛛，有四條腿，能夠爬行 [2]。其四條腿采用液壓驅(qū)動，手臂和腳安裝有位置傳感器，具有步行和爬越障礙的功能，因此， “ WalkingTruck” 被視為步行機發(fā)展史上一個里程碑。 20 世紀 60 年代初 ，由 美國的 Shigley 和 Baldwin 設計出 了 比履帶車或輪式車更為靈活的步行機。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 多足步行機器人的研究現(xiàn)狀 多足步行機器人的 發(fā)展最早可追溯到中國古代三國時的“木牛流馬”。 本課題的研究將介紹一種多足步行機器人的誤差分析的方法，以四足步行機器人為例，通過仿真驗證該方法的可行性。 通過多足步行機器人的位姿誤差分析，可以得到各個誤差源對機器人機構(gòu)輸出位姿的影響程度 ，從而可以發(fā)現(xiàn)機構(gòu)中的關鍵環(huán)節(jié)，明確提高機器人精度的重點和方向，為改善機器人的設計質(zhì)量和提高機器人的設計水平提供準確可靠的資料和依據(jù)。 定位精度是衡量多足機器人性能的一個重要指標，因此，無論在理論上還是在實驗當中都受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注。步行機器人腿式系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性：較好的機動性 ,崎嶇路面上乘坐的舒適性 ,對地形的適應能力強。 步行機器人 (walking robot)或步行車輛 (walking vehicle)簡稱步行機 ,是一種智能型機器人 ,它是涉及到生物科學、仿生學、機構(gòu)學、傳感技術及信息處理技術等的一門綜合性高科技。 瞄準國 內(nèi)外 機器人技術的前沿，為 了給 我國 步行 機器人 的 研究提供 理論平臺 和關鍵 技術，開展多足機器人的技術和相關理論研究具有重要的科學意義和應用價值。 如果能夠在腿 /臂融合結(jié)構(gòu)基礎上，把多足機器人的腿設計成具有手腳 融合功能的結(jié)構(gòu)形式，可使其能在在更多特殊環(huán)境和場合中使用 ,因而該類機器人具有 廣闊的應用前景。其中，履帶式和輪式機器人結(jié)構(gòu) 較 簡單， 其 運動 能力 受 到 環(huán)境因素 的 限 制 。具有仿生特征的移動機器人，因為能夠代替人在一些非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中作業(yè)而成為了學者們研究和關注的熱點。 最后，在 MATLAB 環(huán)境下編制相應 的誤差分析程序，通過實例 仿真 驗證 誤差分析的正確性。 首先，結(jié)合國內(nèi)外多足步行機器人現(xiàn)狀和誤差分析現(xiàn)狀以及多足步行機器人的機構(gòu)特點，分析了運動誤差的主要來源。 河南工程學院 本科畢 業(yè)設 計（論文） 題 目 基于手腳融合的多足步行機器 人的運動精度研究 學生姓名 專業(yè)班級 機設 064 班 學 號 號 院 （系） 機電工程學院 指導教師 （教授） 完成時間 2021年 5 月 30日 基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 I 基于手腳融合的 多足步行機器人 的運動精度研 究 摘 要 機 器人運動誤差是衡量機器人性能的重要指標之一，直接影響到機器人的工作質(zhì)量 ， 對多足步行機器人的運動精度研究是一項重要而富有意義的工作。本文以四足步行機器人為研究對象， 通過分析機器人的正運動學和逆運動學運動方程和誤差方程，對步行機器人的精度分析問題進行了比較深入的理論研究。 其次， 在 多足步行機器人正逆運動學的求解過程的基礎上，運用微分的方法計算運動機器人 正逆運動 的誤差 方程 。 關鍵詞 ： 多足 步行機器人 /正 運動學 /逆運動學 /誤差分析 基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 II HANDFOOTINTEGRATED MECHANUSM THE MORE WALKING ROBOT FUSION ACCURACY OF MOVEMENT ABSTRACT The motion error is one of the important indexes robot performances, which affect the working quality of the multilegged walking robot directly, for much of the motion precision walking robot research is an important and meaningful work. Based on four walking robot for research object, through the analysis of the robot kinematics and inverse kinematics is in error equations equation and the walking robot, precision analysis problem, deeply theoretical research. First, bined with the domestic and foreign many walking robot present situation and the error analysis, as well as the characteristics of the walking robot, the error analysis of movement error is the main reason for the difference. Secondly, in walking robot is the inverse kinematic solution process, using the differential method of inverse robot motion equation of movement error. Finally, in the MATLAB environment corresponding error analysis program piled by example to prove the correctness of the error analysis. Keywords: multilegged walking robot， forward kinematics， inverse kinematics， Error analysis 基于手腳融合的多足步行機器人的運動精度研究 III 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT ............................................................................................................................ II 1 緒論 ....................................................................................