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四足机器人的虚拟样机仿真研究的任务书
任务书：
一、研究背景及意义
随着机器人技术的不断发展，越来越多的机器人正在被应用于各个领域，例如农业、医疗、教育等。其中，机器人在工业、军事、探险等实践领域中的应用尤为广泛。四足机器人是其中一种具有较高应用价值的机器人，其机械结构和动力学特性与真实动物相似，有着优秀的越障、跋山涉水、运输和执行任务的能力。而虚拟样机仿真技术是开发和验证机器人控制算法的重要手段，能够极大地减少实际试验的时间和成本，在提高机器人性能和可靠性方面具有重要意义。
因此，对四足机器人虚拟样机仿真的研究具有重要的科学意义和应用价值。
二、研究内容
该研究的主要内容包括以下几个方面：
1.四足机器人建模：建立四足机器人的动力学模型，包括各个部件的质量、惯性信息和运动学特性。针对四足机器人的特点，考虑其步态特点和支撑力分布，并建立相应的数学模型。
2.虚拟环境构建：设计虚拟环境，包括地形、障碍物和任务区域等，以提供真实且多样的场景环境。考虑不同场景下四足机器人的运动学和动力学特性。
3.运动规划与轨迹跟踪：针对不同场景下的任务需求，设计运动规划算法，并使用数值方法求解。将所得到的期望轨迹与实际轨迹进行比较，评估算法的性能。
4.控制算法设计与仿真：采用适当的控制策略和控制器设计，进行模拟仿真，与实际机器人运行时的控制实现进行比较。评估并改进控制算法。
三、研究方法及技术路线
-四足机器人运动学、动力学模型的建立，需应用相应物理与数学知识。考虑到四足机器人的模型较为复杂，本研究将采用机器人动力学仿真软件ADAMS进行模拟分析。
-虚拟环境的构建，可通过虚拟仿真软件Unity进行实现。其中，地形图的制作可借助于Geotiff等地图拓展。
-运动规划算法的设计，将采用优化算法，并结合四足机器人的运动学特性，求解期望轨迹。控制器的设计，将采用反馈控制策略，根据实际情况进行改进。
-虚拟样机仿真系统的设计，将通过Matlab与Simulink进行实现，并对算法的性能进行仿真评估。
四、预期成果
-完成四足机器人的运动学、动力学模型建立，建立符合实际机器人操作要求的数学模型，提高机器人行走能力和可靠性。
-利用虚拟仿真软件Unity，构建具有真实场景和丰富环境的虚拟样机仿真系统，为机器人控制算法的研究和运用提供可靠数据支持。
-设计并评价不同场景下的运动规划算法和控制策略，并通过仿真结果来验证和改进算法和策略。
-采用普适性的虚拟样机仿真技术，得到更为全面有效的四足机器人行走性能表现数据，为后期实际应用打下基础。
五、研究计划
本研究计划分为论文研究和虚拟样机仿真实验两部分。预计研究时长为11个月，计划如下：
第一至二个月：回顾当前四足机器人技术发展状况，阅读相关文献和研究；理解机器人动力学模型和建模方法，参考前人做法，并进行改进。
第三至四个月：利用ADAMS等仿真软件，建立四足机器人的动力学模型，并对模型进行仿真验证，利用仿真数据对模型做初步评价。
第五至七个月：设计虚拟环境并建立虚拟样机仿真系统，结合分层控制架构设计算法和控制器，并进行模拟仿真以标定仿真系统参数。
第八至十个月：设计运动规划和控制策略，并利用虚拟仿真系统进行测试，对算法进行优化改进，并通过仿真数据进行评价。
第十至十一个月：用仿真和实际测试数据进行模型验证和算法改进，输出高品质的科研成果，准备论文并撰写能证明研究探索性质的最终报告。
六、经费预算及需求
本研究计划共需要经费200万元，主要包括以下方面：
1.实验设备费：购买适合仿真实验的计算机、四足机器人硬件设备及其配套软件，预计费用为50万元。
2.人员费用：本项目需要研究人员10人，包括研究生、博士后、工程师等，预计费用为100万元。
3.材料费：包括研究所需材料及虚拟仿真软件等，预计费用为30万元。
4.差旅费：因项目需要与相关研究机构合作，需要一定的差旅费用。预计费用为10万元。
以上经费预算仅为大致估算，具体情况可根据实际需要进行调整。
七、任务分工
1.负责四足机器人建模、仿真分析的研究人员：2人。
2.负责虚拟环境的建立和仿真实验的研究人员：2人。
3.负责运动规划和控制策略设计的研究人员：3人。
4.负责实验数据分析和论文撰写的研究人员：3人。
通过以上任务分工和研究进度安排，本研究旨在取得较为明显和具体的研究成果，对于相关的技术发展和应用具有较好的推动作用。