摘要
轮腿式车辆本质上是一种多模式的移动机器人，它结合了轮式车辆模式和足式模式的特性，能更好地完成复杂环境的工作任务。因此，轮腿式车辆的相关研究具有重要的现实意义，本文主要研究轮腿式车辆的运动学、动力学建模过程，以及其步态运动特性和机身姿态控制方法。 本文首先建立轮腿式车辆的三维模型，确定了轮式车辆模式和足式模式的整体结构与尺寸参数。对于轮式车辆模式，构建十自由度整车动力学模型，分析其差速转向过程。对于足式模式，由标准D-H方法在机身和腿部定义运动坐标系，推导足端相对参考系的位姿，得到运动学正解，并通过解析法求出逆解；基于拉格朗日方法求解单腿动力学方程，得到关节转矩与机械腿运动之间的关系，完成动力学求解；并在SimscapeMultibody平台建立足式模式的动力学模型，验证了其准确性。 然后从生物学角度定义轮腿式车辆的运动步态和步态参数，根据静态稳定裕度Smin的值确定最佳的跨步顺序。提出基于足端轨迹规划和中枢模式发生器（CPG）的步态控制方法，并结合轮腿式车辆的工作特性设置四种典型工况：直线行走、转弯、上下坡和上下台阶。 最后，耦合四个Hopf振荡器构建CPG网络控制模型，结合虚拟模型控制方法完成直线行走工况的仿真，结果显示加入虚拟控制力、虚拟控制力矩后机身姿态能维持相对稳定；在CPG网络控制模型的基础上，规划侧摆关节的控制信号，完成平面转弯工况的仿真，结果表明轮腿式车辆能实现快速平稳转弯，且转弯半径较小，拥有较好的转弯变向能力与空间运动灵活性；根据坡道、台阶尺寸设计复合摆线轨迹作为机械腿足端的运行轨迹，完成上下坡、上下台阶工况的仿真，验证了轮腿式车辆的越障能力及虚拟模型控制方法的有效性。 本文在轮腿式车辆的步态运动控制中引入了足端轨迹规划法和CPG网络控制方法，同时考虑了机身姿态控制，取到了较理想的结果。
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