本文關(guān)鍵詞：具有質(zhì)量分布特征的仿生雙足完全被動(dòng)步行機(jī)　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 仿生設(shè)計(jì) 完全被動(dòng)行走 質(zhì)量分布 運(yùn)動(dòng)力學(xué) 3D打印 雙足步行機(jī)

【摘要】：主動(dòng)雙足行走機(jī)器人大多存在能耗高、效率低、步態(tài)不自然、控制系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題,尤其先進(jìn)的仿人機(jī)器人需要大量的能源,增加了憑借電池存儲(chǔ)能源的困難,嚴(yán)重制約其應(yīng)用發(fā)展前景。人類是直立行走的高級(jí)動(dòng)物,靈巧的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)敏的運(yùn)動(dòng)模式使其成為了雙足行走方面的專家,能夠在各種復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、自然的行走。在行走方面,人類相比主動(dòng)機(jī)器人具有能量消耗低、行走穩(wěn)定、步態(tài)自然等顯著特點(diǎn),從而為新型雙足步行機(jī)的研制提供了天然的生物模本。基于被動(dòng)行走動(dòng)力學(xué)的機(jī)器人比主動(dòng)步行機(jī)器人在步態(tài)自然和能量消耗方面均體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì),但在步態(tài)和能效方面與人類本身相比還存在著很大的差距。為了充分借鑒大自然賦予人類在行走時(shí)所具有的動(dòng)力學(xué)特性,從仿生學(xué)角度出發(fā),本文選擇人體下肢作為仿生原型,對(duì)具有類似人體下肢質(zhì)量分布特征的完全被動(dòng)雙足仿生步行機(jī)進(jìn)行了仿生研究,以期為新型節(jié)能雙足步行機(jī)的研制提供重要技術(shù)參考。本文利用運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集裝置記錄了在常速行走過(guò)程中人體下肢膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn),在一個(gè)完整的步態(tài)周期內(nèi),踝關(guān)節(jié)角度的變化范圍為74.14-122.96度,膝關(guān)節(jié)角度的變化范圍為115.54-179.53度�；诿绹�(guó)“虛擬人”數(shù)據(jù),通過(guò)三維建模軟件Amira建立人體下肢骨骼-肌肉系統(tǒng)三維實(shí)體模型;結(jié)合解剖學(xué),將骨骼-肌肉模型分割為大腿、小腿、足部三個(gè)環(huán)節(jié),基于Solidworks軟件對(duì)該模型中的骨骼和肌肉等組織分別賦予相應(yīng)密度,計(jì)算了各組織的質(zhì)量,并提取了各環(huán)節(jié)的質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)、慣性主軸、總體長(zhǎng)度等相關(guān)數(shù)據(jù)�；谒崛〉臄�(shù)據(jù)對(duì)功能性髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)及大、小腿和足部的進(jìn)行了仿生設(shè)計(jì)�？紤]到肌肉在運(yùn)動(dòng)中的功能特性,本文選擇在樣機(jī)的膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)等處分別添加彈簧等柔性元件,并采用機(jī)加工制造出了完全被動(dòng)仿生步行機(jī)的大腿、小腿、髖關(guān)節(jié)軸以及連接桿等部件。結(jié)合ProJet 5500X多材料3D打印機(jī),選用ABS樹(shù)脂材料,打印出了髖關(guān)節(jié)軸、髖關(guān)節(jié)軸套、髖關(guān)節(jié)套筒、膝關(guān)節(jié)軸套、軸承套筒、膝關(guān)節(jié)軸、踝關(guān)節(jié)連接件、踝關(guān)節(jié)底座以及足等具有相對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征的部件�；谘兄频木哂匈|(zhì)量分布特征的完全被動(dòng)雙足步行機(jī),本文基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)試了在腿長(zhǎng)、大小腿質(zhì)量比以及腿間距三個(gè)因素下完全被動(dòng)仿生步行機(jī)的行走距離和速度,并通過(guò)正交試驗(yàn)得出了影響仿生步行機(jī)行走距離和速度的顯著因素,均為腿間距,最優(yōu)組合是腿間距140mm,大小腿質(zhì)量比3.27,腿長(zhǎng)280mm。仿生步行機(jī)的最大步幅和步速均出現(xiàn)在最后一步,歷時(shí)0.60s,步幅和步速分別為268.00mm、446.67mm/s。本文以人體下肢質(zhì)量分布特征為仿生設(shè)計(jì)的切入點(diǎn),開(kāi)發(fā)了具有質(zhì)量分布特征的完全被動(dòng)仿生雙足步行機(jī),相關(guān)結(jié)論為新型雙足機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)提供了新思路,具有重要的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 曹曦;趙群飛;馬培蓀;;兩足機(jī)器人質(zhì)量分布與步行穩(wěn)定性及效率關(guān)系研究[J];上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);2006年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 張新雨;葉紅玲;;黑盒質(zhì)量分布的研究[A];北京力學(xué)會(huì)第14屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 宋國(guó)風(fēng);具有質(zhì)量分布特征的仿生雙足完全被動(dòng)步行機(jī)[D];吉林大學(xué);2017年

，

本文編號(hào)：1321748