腿臂融合机器人多模式行走操作关键技术研究

The integrated leg-arm robot is a multifunctional mobile manipulating robot. It has both advantage of legged robot and serial manipulator because of its integrated leg-arm limbs. Existing research on this robot is in the initial stage. Due to many problems on the research of the integrated leg-arm robot, for example, the deficiency of the design methods and theories, lacking of co-operating research between arms and legs, the un-depth research of the walking and operating research, etc., this project is going to execute the researches on the key technologies of multi-mode mobile manipulation of integrated robot, to put forward the performance evaluation indexes and the evaluation techniques for mobiling and operating, to establish the walking and operating mechanical model, to study and reveal the force mechanism in walking and operating condition, to present the evaluation index for operational stability, to solve the key scientific issues such as motion planning, bionic mobile manipulation, coordinating manipulation between arms and legs, fault-tolerant analysis, stability, driving and control problems. We will develop a prototype of this integrated leg-arm robot and do some experiments to verify the correctness of the design principle and method proposed in this project. The achievement of this project will promote the development on multi-function robot and its application.

腿臂融合机器人是一种多功能移动操作机器人，其具有功能复用的腿臂融合分支，兼具腿式机器人好的地形适应性和操作臂的灵活操作能力。针对其现阶段研究存在设计理论不完备、腿臂协同操作方法欠缺、行走和操作运动规划与控制研究欠深入等问题，本课题拟开展腿臂融合机器人多模式行走操作关键技术研究，深入分析腿臂融合机器人运动学、动力学求解方法，建立支撑力和操作力模型，解析足地接触力、臂操作力对机器人稳定性的影响机理，提出腿臂融合机器人行走操作稳定性评价指标和兼具移动与操作性能的机器人行走操作性能评价指标和评价方法；开展腿臂融合机器人运动规划、腿臂协同、仿生行走操作、容错控制及再生设计等研究，解决腿臂融合机器人腿臂协同操作、高效稳定行走操作以及驱动与控制等关键科学技术问题。研制腿臂融合机器人原理样机一台，试验验证本课题所提出的原理和方法。相关研究成果可为我国多功能机器人装备创新设计提供理论指导和技术储备。

在复杂任务环境下，机器人除具有移动能力外还需要具备一定的操作能力，以满足任务操作的需求。未来的移动机器人不仅需要具备可以在复杂路面环境下的快速移动能力，而且需要实现可在各种危险环境下执行复杂作业的能力。腿臂融合机器人是一种多功能多用途的移动操作机器人，由于其具有功能复用的腿臂融合分支，克服了现有机器人移动、操作机构相对独立的缺点，有效解决了由于机构独立设计带来的机器人本体体积重量增大、负载能力降低以及系统结构复杂的问题，适于在复杂约束环境条件下执行探测、组装、服务、救援等工作，可用于空间站、核电站、剧毒生化车间作业、危险品处理以及公共安全防暴等领域。.为满足我国航空航天、核电站等危险环境对多功能移动操作机器人的需求，本项目开展了腿臂融合操作机器人多模式行走操作关键技术的研究，通过变构型仿生设计思想设计了腿臂融合机器人机构，深入分析了腿臂融合机器人运动学、动力学求解方法，研究了机器人稳定行走操作、运动规划等问题，解决了复杂地面环境下腿臂融合机器人多模式行走操作效率、能耗、稳定性以及腿臂融合机构的优化设计等问题，实现腿臂融合机器人的高效、稳定行走和精细操作控制。同时根据腿臂融合六足机器人的特点研究了静态手势与语音结合交互问题，以侦查救援等场景的特定应用需求，设计了静态手势与语音结合交互系统，通过在自建数据库开展相关实验。.项目研究的成果为我国多功能移动操作机器人装备创新设计提供理论指导和技术储备，腿臂融合和模块化属具设计技术已在我国空间站维护维修机器人的预先研制工作以及月球表取采样臂的设计工作中获得应用，步态规划与控制技术已应用在XX山地机动平台的演示验证中。