非洲鴕鳥作為陸地上奔跑最快的雙足動物,長期生活在沙漠中。鴕鳥后肢具有優(yōu)異的越沙特性,尤其是足部結(jié)構(gòu),對鴕鳥在沙漠環(huán)境中高效運動起到了至關(guān)重要的作用。本文模仿鴕鳥后肢結(jié)構(gòu)特點和肌腱骨骼協(xié)同運動的剛?cè)狁詈蠙C制,利用工程仿生技術(shù),設(shè)計出一種適用于沙地面行走的仿生機械腿,并對仿生機械腿的越沙性能進行了試驗分析。通過對鴕鳥足部樣本的大體解剖,深入分析鴕鳥足部生物組裝特征,研究了鴕鳥足部骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)、各節(jié)趾骨間連接特點以及骨骼與肌腱間連接機制。結(jié)合文獻數(shù)據(jù),對鴕鳥足部不同肌腱分類、合并、優(yōu)化,用于鴕鳥足部模型重構(gòu)和仿生設(shè)計。利用手持式三維激光掃描儀,對鴕鳥足部模型進行三維掃描、拼接與重構(gòu),給出了一種針對復(fù)雜掃描對象拼接優(yōu)化的方法。根據(jù)鴕鳥足部重構(gòu)模型,結(jié)合鴕鳥足部骨骼和肌腱真實形態(tài)結(jié)構(gòu)和相對位置,利用三維軟件建立鴕鳥足部三維模型,為仿生機械腿的足部結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。針對鴕鳥足部生物組裝結(jié)構(gòu)特點,對鴕鳥足部肌腱進行功能仿生。設(shè)計出腱骨協(xié)同剛?cè)狁詈戏律鷻C械腿的足部結(jié)構(gòu),并對仿生機械腿關(guān)鍵部件進行優(yōu)化設(shè)計。分析了仿生機械腿足部結(jié)構(gòu)特點和工作原理,探索了新設(shè)計仿生機械腿的越沙緩震功能�；贏DAMS/Ca... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國外雙足仿人機器人[15-21]

(d) 機器人“SDR-4X” (e) 機器人“PetMan” (f) 機器人“Atlas”圖 1.1 國外雙足仿人機器人[15-21]我國雙足仿人機器人研究始于 20 世紀 80 年代，經(jīng)過多年努力取得了良好。2000 年國防科技大學(xué)研制出我國第一臺雙足仿人機器人“先行者”如圖 1.2（示，該機器人采用電機驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)平地靜態(tài)步到動態(tài)步的轉(zhuǎn)換，腿部結(jié)采用串聯(lián)形式。2002 年由北京理工大學(xué)牽頭研制的 BHR 機器人如圖 1.2（示，行走速度為 1.0 km/h，依靠傳感器感知路面情況變化，通過控制系統(tǒng)實部動作調(diào)整，實現(xiàn)在復(fù)雜地面上的穩(wěn)定行走，足底包裹有橡膠墊起到緩沖減用[22]。2011 年浙江大學(xué)的朱秋國研制出兩款雙足仿人機器人“ZJUKong-Ⅰ 1.2（c）所示，及其改進型號“ZJUKong-Ⅱ”，運行速度分別為 0.8 km/h、1.1 km部結(jié)構(gòu)與大部分雙足仿人機器人類似，具有 6 個自由度能實現(xiàn)前進、后退、等動作。兩代機器人足部結(jié)構(gòu)都為矩形，為了降低落地時地面對機器人腿部擊，足底安裝有減震墊和橡膠墊。最新研制的足部結(jié)構(gòu)加入了腳跟和腳趾兩由度[23]，能夠更好的適應(yīng)地面行走。

(e) 機器人“Hamlet” (f) 機器人“DLR-Crawler”圖 1.3 國外多足仿生機器人[24-32]國內(nèi)也有許多高校和科研院所對多足仿生機器人展開研究，雖然相比于國外還存在一定的差距，但也取得了較大進步。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、中科院沈陽自動化所等單位聯(lián)合研制的四足仿生足式機器人“MBBOT”如圖 1.4（a）所示，小腿安裝有彈簧可提高不平路面的適應(yīng)能力，足端為半圓柱形[33]。國防科技大學(xué)研究的四足機器人如圖 1.4（b）所示，足端也為半圓柱形[34]。上海交通大學(xué)研制的“小象”機器人如圖 1.4（c）所示，腿部結(jié)構(gòu)為一個整體，足端為圓形[35-36]。北京理工大學(xué)以日本弓背蟻為仿生原型研制的六足仿生機器人如圖 1.4（d）所示，該機器人每條腿部有 3 個自由度，各關(guān)節(jié)通過直流無刷電機驅(qū)動[37-38]。依靠控制系統(tǒng)保證機器人以“三角步態(tài)”運動，通過超聲波和紅外傳感器實現(xiàn)障礙規(guī)避。2015 年河北工業(yè)大學(xué)設(shè)計了一款六足仿生機器人如圖 1.4（e）所示[39]。該機器人單腿有 3 個自由度，足端為橢圓形，足部串聯(lián)有彈性元件，能夠根據(jù)足底壓力進行自我調(diào)節(jié)。除上述多足仿生機器人之外，北方車輛研究所、清華大學(xué)、山東大學(xué)等單位在多足仿生機器人方面也有深入的研究。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[3]可變形六足仿生機器人運動分析與控制研究[D]. 于常娟.河北工業(yè)大學(xué) 2016
[4]非洲鴕鳥脛骨的形態(tài)學(xué)特征及硼對其生長發(fā)育的影響[D]. 程佳月.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]仿馴鹿蹄冰面防滑胎面結(jié)構(gòu)研究[D]. 喬鈺.吉林大學(xué) 2018
[2]仿鴕鳥后肢節(jié)能減振機械腿研究[D]. 何遠.吉林大學(xué) 2018
[3]彈性連桿機構(gòu)式四足機器人設(shè)計與運動控制研究[D]. 任灝宇.重慶大學(xué) 2017
[4]牧羊犬仿生機器人機構(gòu)設(shè)計及ADAMS仿真[D]. 劉學(xué)哲.東北林業(yè)大學(xué) 2017
[5]四足仿生機器人跑跳運動規(guī)劃與控制[D]. 李川.浙江大學(xué) 2017
[6]基于鴕鳥跖趾關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)特性的減振自適應(yīng)步行足仿生研究[D]. 羅剛.吉林大學(xué) 2016
[7]基于阻抗控制的四足仿生機器人穩(wěn)定步態(tài)理論及實驗研究[D]. 丁慶鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[8]液壓驅(qū)動雙足機器人動步態(tài)行走研究[D]. 吳坤坤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[9]基于鴕鳥足底形態(tài)特征的火星巡視器車輪仿生研究[D]. 楊明明.吉林大學(xué) 2015
[10]仿生機器人足端與地面相互作用機制及實驗研究[D]. 馬國威.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015



本文編號：3035438