四足機(jī)器人是足式機(jī)器人中穩(wěn)定性較好且易于控制的一類機(jī)器人。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和冗余程度比較低,離散化的足端運(yùn)動(dòng)軌跡可以適應(yīng)相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)環(huán)境。四足機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)是四足機(jī)器人重要的運(yùn)動(dòng)環(huán)境之一,一直是四足機(jī)器人控制研究中的難點(diǎn)。在四足機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)的高效化、合理化方面,一直缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)理論研究。仿生學(xué)的發(fā)展為四足機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)能力的提升提供了新的研究思路。研究具有較好斜坡運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的四足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)特性,可以用于四足機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)的仿生設(shè)計(jì)。本文主要是,以山羊?yàn)檠芯繉?duì)象,通過對(duì)山羊的斜坡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,分析斜坡坡度對(duì)山羊斜坡運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性影響,并進(jìn)行特征提取及分析。基于山羊運(yùn)動(dòng)特性的研究,進(jìn)行四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)仿生設(shè)計(jì),并通過多體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了研究山羊斜坡運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性,采用高速攝像機(jī)對(duì)山羊進(jìn)行不同坡度（10°、20°和30°）的上下坡運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn),得到不同坡度條件下,山羊四肢關(guān)節(jié)夾角的運(yùn)動(dòng)變化數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與曲線擬合分析,獲得山羊上下坡運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線及其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。比較分析前后肢各關(guān)節(jié)角上下坡的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,結(jié)果表明隨著坡度的增大,前后肢各關(guān)節(jié)的... 

【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

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

絕影

第一章緒論7圖1.11ZMP圖1.12基于ZMP的四足機(jī)器人在四足機(jī)器人的坡面運(yùn)動(dòng)研究方面，已產(chǎn)生了一定的成果，且隨著相關(guān)領(lǐng)域交叉學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展，四足機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)所涉及到的技術(shù)領(lǐng)域也越來越廣。但在四足機(jī)器人復(fù)雜地形運(yùn)動(dòng)研究中，仍存在許多不足，最主要的是在基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)理論缺乏相應(yīng)的依據(jù),參考一些四足動(dòng)物的復(fù)雜地形的運(yùn)動(dòng)，研究其運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并進(jìn)行四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿生控制，可以提升四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性，拓展四足機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。1.4山羊運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究現(xiàn)狀山羊軀干離地高，骨骼堅(jiān)實(shí)，四肢強(qiáng)壯，前肢比后肢粗壯有力，運(yùn)動(dòng)步態(tài)輕快敏捷，相對(duì)于其他偶蹄動(dòng)物而言，軀干更小，足底附著能力更強(qiáng)，山羊表現(xiàn)出優(yōu)越的平衡能力和運(yùn)動(dòng)能力，可以快速地在峭壁上輾轉(zhuǎn)騰挪，并始終保持身體的平衡和穩(wěn)定，同等類型的四足動(dòng)物很難實(shí)現(xiàn)[35]。山羊這種典型的有蹄類動(dòng)物，軀干剛度相對(duì)于一些貓科動(dòng)物而言較大，卻擁有非常好的運(yùn)動(dòng)平衡性，攀巖能力和地形適應(yīng)能力很強(qiáng)，具有很好的研究?jī)r(jià)值。系統(tǒng)地研究山羊的運(yùn)動(dòng)特性，提取相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值建模，并將其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行程式化，應(yīng)用于四足機(jī)器人設(shè)計(jì)中，有助于提升四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力，同時(shí)相關(guān)研究工作也具有一定難度。國(guó)內(nèi)外對(duì)山羊生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理已有一定研究。哈佛大學(xué)的一些學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)，記錄分析山羊在平地和15°斜坡運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)角隨時(shí)間的變化，基于山羊關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和力矩，建立單腿的串行關(guān)節(jié)彈簧模型�；谀Ｐ头治錾窖蚯昂笾\(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)力矩的變化情況[36]。加拿大伯納比西蒙弗雷澤大學(xué)和哈佛大學(xué)開展了山羊的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)山

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2.1波爾山羊本文主要是通過對(duì)山羊運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的研究和相關(guān)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析來探討山羊斜坡運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，山羊的骨骼結(jié)構(gòu)特征，主要是通過查找相關(guān)資料獲得，波爾山羊主要的軀體骨骼構(gòu)成如圖2.2所示。山羊在斜坡運(yùn)動(dòng)過程中，主要是靠四肢關(guān)節(jié)的耦合運(yùn)動(dòng)推動(dòng)身體沿斜坡運(yùn)動(dòng)，上下坡的運(yùn)動(dòng)過程中，頭部的調(diào)節(jié)對(duì)于身體質(zhì)心的驅(qū)動(dòng)也有一定的作用，山羊脊椎在斜坡運(yùn)動(dòng)中，變化幅度較小，因此，本文主要選擇山羊四肢及其關(guān)節(jié)進(jìn)行山羊運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)研究。試驗(yàn)所選取的波爾山羊的主要尺寸如表2.1所示：圖2.2波爾山羊骨骼結(jié)構(gòu)1.頭骨2.下頜骨3.頸椎4.胸椎5.肩胛骨6.肱骨7.橈骨8.尺骨9.腕骨10.掌骨11.指骨12.胸骨13.肋骨14.肋軟骨15.腰椎16.薦椎17.尾椎18.髖骨19.股骨20.小腿骨21.跗骨22.跖骨23.趾骨表2.1實(shí)驗(yàn)山羊尺寸山羊身體結(jié)構(gòu)腰椎胸椎股骨小腿骨跖骨肱骨尺骨掌骨尺寸（cm）4020222422182018


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