四足機器人是足式機器人中穩(wěn)定性較好且易于控制的一類機器人。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和冗余程度比較低,離散化的足端運動軌跡可以適應(yīng)相對復(fù)雜的運動環(huán)境。四足機器人斜坡運動是四足機器人重要的運動環(huán)境之一,一直是四足機器人控制研究中的難點。在四足機器人斜坡運動的高效化、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)展為四足機器人斜坡運動能力的提升提供了新的研究思路。研究具有較好斜坡運動穩(wěn)定性的四足動物運動特性,可以用于四足機器人斜坡運動的仿生設(shè)計。本文主要是,以山羊為研究對象,通過對山羊的斜坡運動進行實驗研究,分析斜坡坡度對山羊斜坡運動時的運動學(xué)和動力學(xué)特性影響,并進行特征提取及分析。基于山羊運動特性的研究,進行四足機器人的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動仿生設(shè)計,并通過多體動力學(xué)軟件進行仿真實驗驗證。為了研究山羊斜坡運動學(xué)和動力學(xué)特性,采用高速攝像機對山羊進行不同坡度（10°、20°和30°）的上下坡運動學(xué)實驗,得到不同坡度條件下,山羊四肢關(guān)節(jié)夾角的運動變化數(shù)據(jù),并進行數(shù)據(jù)處理與曲線擬合分析,獲得山羊上下坡運動的關(guān)節(jié)運動曲線及其運動學(xué)方程。比較分析前后肢各關(guān)節(jié)角上下坡的運動學(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

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絕影

第一章緒論7圖1.11ZMP圖1.12基于ZMP的四足機器人在四足機器人的坡面運動研究方面，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，四足機器人斜坡運動所涉及到的技術(shù)領(lǐng)域也越來越廣。但在四足機器人復(fù)雜地形運動研究中，仍存在許多不足，最主要的是在基礎(chǔ)運動理論缺乏相應(yīng)的依據(jù),參考一些四足動物的復(fù)雜地形的運動，研究其運動機理，并進行四足機器人結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計與運動仿生控制，可以提升四足機器人的運動適應(yīng)性，拓展四足機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。1.4山羊運動機理研究現(xiàn)狀山羊軀干離地高，骨骼堅實，四肢強壯，前肢比后肢粗壯有力，運動步態(tài)輕快敏捷，相對于其他偶蹄動物而言，軀干更小，足底附著能力更強，山羊表現(xiàn)出優(yōu)越的平衡能力和運動能力，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，同等類型的四足動物很難實現(xiàn)[35]。山羊這種典型的有蹄類動物，軀干剛度相對于一些貓科動物而言較大，卻擁有非常好的運動平衡性，攀巖能力和地形適應(yīng)能力很強，具有很好的研究價值。系統(tǒng)地研究山羊的運動特性，提取相關(guān)的運動參數(shù)進行數(shù)值建模，并將其相應(yīng)的運動模式進行程式化，應(yīng)用于四足機器人設(shè)計中，有助于提升四足機器人的運動能力，同時相關(guān)研究工作也具有一定難度。國內(nèi)外對山羊生物運動機理已有一定研究。哈佛大學(xué)的一些學(xué)者通過實驗，記錄分析山羊在平地和15°斜坡運動的關(guān)節(jié)角隨時間的變化，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\動時關(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)開展了山羊的運動試驗，對山

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山羊運動姿態(tài)的研究和相關(guān)動力學(xué)試驗的數(shù)據(jù)分析來探討山羊斜坡運動的運動學(xué)和動力學(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。山羊在斜坡運動過程中，主要是靠四肢關(guān)節(jié)的耦合運動推動身體沿斜坡運動，上下坡的運動過程中，頭部的調(diào)節(jié)對于身體質(zhì)心的驅(qū)動也有一定的作用，山羊脊椎在斜坡運動中，變化幅度較小，因此，本文主要選擇山羊四肢及其關(guān)節(jié)進行山羊運動中的相關(guān)研究。試驗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實驗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


本文編號：3486502