本文關鍵詞：具有可變剛度的四足機器人仿生脊柱設計與應用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)有的四足機器人軀干以剛體為主,剛性軀體的仿生四足機器人平臺由于無法充分利用四足哺乳動物例如獵豹等身體的重要機能—脊柱在動物奔跑中的作用,而無法實現(xiàn)靈活的運動和快速奔跑。受獵豹等四足哺乳動物在快速奔跑時利用其柔順脊柱上下彎曲實現(xiàn)高速運動和在轉彎運動過程中利用其柔順脊柱左右側向彎曲實現(xiàn)靈活轉彎等場景的啟發(fā),本文提出了一款具有可變剛度的四足機器人仿生脊柱,并將其應用于四足機器人DCat Ⅱ。通過改變仿生脊柱在pitch(俯仰)和yaw(偏轉)兩個方向上的剛度,提高四足機器人的運動的速度和靈活性。論文完成的主要工作如下：通過對獵豹的身體結構和軀干運動特征進行觀察,提出了一款具有可變剛度的四足機器人仿生脊柱,對仿生脊柱進行了整體結構設計。仿生脊柱具有胸椎、腰椎和骶椎三部分,每部分均由不同厚度的剛性椎骨和彈性椎間盤組成,椎骨和椎間盤采用四葉草結構形狀。同時設計了采用螺旋傳動的仿生脊柱的剛度調(diào)節(jié)機構,完成了仿生脊柱的靜剛度特性測試實驗。針對設計的四足機器人仿生脊柱,利用柔順機構學偽剛體模型法建立兩端同時受力的偽剛體模型分析仿生脊柱的力學特性,并對脊柱進行了有限元力學仿真分析。改造實驗室現(xiàn)有的四足機器人DCat的硬件結構,編寫了四足機器人DCatⅡ的控制程序,并設計實驗研究仿生脊柱對機器人足端力、脊柱整體剛度對運動速度和脊柱在yaw方向剛度值的大小對機器人轉彎半徑的影響。實驗結果顯示,仿生脊柱可以減小足端力,四足機器人DCatⅡ可以利用柔順脊柱的上下彎曲增大跨步長以提高其運動速度,合理選擇仿生脊柱在yaw方向剛度的值可以實現(xiàn)四足機器人的轉彎運動。
【關鍵詞】：四足機器人 仿生脊柱 模塊化 可變剛度
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-28
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 四足哺乳動物脊柱的形態(tài)結構及其運動特征11-13
• 1.3 柔順脊柱在四足機器人中的應用13-14
• 1.4 柔順脊柱結構設計與控制14-24
• 1.4.1 主動柔順脊柱14-20
• 1.4.2 被動柔順脊柱20-22
• 1.4.3 可變剛度機構設計與分析方法22-24
• 1.5 柔順機構的設計和分析方法24-26
• 1.5.1 偽剛體模型法24-25
• 1.5.2 多剛體離散元法25-26
• 1.6 主要研究內(nèi)容及論文章節(jié)安排26-28
• 2 具有可變剛度柔順脊柱的仿生學設計28-44
• 2.1 可變剛度柔順脊柱的設計28-35
• 2.1.1 獵豹身體結構及軀干運動特征28-30
• 2.1.2 柔順脊柱的剛度調(diào)節(jié)原理30-32
• 2.1.3 柔順脊柱的結構設計32-33
• 2.1.4 柔順脊柱的材料選擇33-34
• 2.1.5 剛度調(diào)節(jié)機構設計34-35
• 2.2 可變剛度柔順脊柱的剛度調(diào)節(jié)特性曲線35-41
• 2.2.1 剛度特性測試平臺搭建35-37
• 2.2.2 剛度特性實驗37-38
• 2.2.3 整體剛度大小可調(diào)實驗38-40
• 2.2.4 剛度方向可調(diào)實驗40-41
• 2.3 本章小結41-44
• 3 柔順脊柱力學特性分析44-52
• 3.1 兩端同時受力的柔順脊柱力學建模44-48
• 3.2 脊柱強度與變形有限元仿真48-50
• 3.3 本章小結50-52
• 4 具有可變剛度柔順脊柱的四足機器人運動實驗52-66
• 4.1 四足機器人平臺DCatⅡ52-58
• 4.1.1 硬件平臺及結構改造53-55
• 4.1.2 控制軟件55-58
• 4.2 剛性脊柱和柔順脊柱對機器人足端力的影響58-59
• 4.3 柔順脊柱整體剛度對機器人運動速度的影響59-62
• 4.4 柔順脊柱的剛度方向?qū)C器人轉彎半徑的影響62-64
• 4.5 本章小結64-66
• 5 總結與展望66-68
• 參考文獻68-72
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果72-76
• 學位論文數(shù)據(jù)集76

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