本文關(guān)鍵詞：基于柔性仿生關(guān)節(jié)的四足機(jī)器人單腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

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【摘要】：目前四足機(jī)器人的研究大多處于試驗(yàn)階段,還存在諸多問題,特別是四足機(jī)器人在行走過程中,足部著地瞬間產(chǎn)生巨大的沖擊力,會(huì)導(dǎo)致機(jī)體精度降低,并影響機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和壽命。對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)采用柔性仿生驅(qū)動(dòng)的方式,能夠降低機(jī)器人足部著地過程的沖擊力,提高機(jī)器人的適應(yīng)性。本文在省教育廳優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):YQ2014027)和河北工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2013004)的支持下,對(duì)基于柔性仿生關(guān)節(jié)的四足機(jī)器人單腿機(jī)構(gòu)以及柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下:1.從仿生學(xué)角度對(duì)動(dòng)物關(guān)節(jié)柔性產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,并基于此提出了一種旋轉(zhuǎn)型串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu),對(duì)柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合MATLAB和ADAMS從關(guān)節(jié)的剛度特性、力學(xué)特性、能量特性等方面對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行仿真分析。2.對(duì)四足動(dòng)物的骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,提出了四足機(jī)器人單腿機(jī)構(gòu)形式,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,求解了運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解、雅克比矩陣,分析了四足機(jī)器人的工作空間,驗(yàn)證了所提出的四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式的合理性。對(duì)四足機(jī)器人的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了受力分析,確保機(jī)器人零件的使用壽命。3.建立了四足機(jī)器人單腿的控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī),分別對(duì)四足機(jī)器人單腿和柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并結(jié)合仿真結(jié)果驗(yàn)證了四足機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)合理性和關(guān)節(jié)仿真準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：四足機(jī)器人 仿生研究 柔性關(guān)節(jié) 仿真分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 課題研究背景8-9
• 1.2 四足機(jī)器人研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 液壓驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人9-10
• 1.2.2 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人10-12
• 1.3 串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 直線型SEA13-15
• 1.3.2 圓周型SEA15-16
• 1.4 四足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)16
• 1.5 課題來源以及主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 柔性仿生關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)分析18-28
• 2.1 動(dòng)物關(guān)節(jié)柔性產(chǎn)生機(jī)理18-19
• 2.2 柔性關(guān)節(jié)方案分析19-21
• 2.2.1 驅(qū)動(dòng)方式分析19
• 2.2.2 串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器構(gòu)型分析19-20
• 2.2.3 傳動(dòng)方式分析20-21
• 2.3 基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的柔性關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)21-27
• 2.3.1 柔性關(guān)節(jié)工作原理22
• 2.3.2 關(guān)鍵零部件選型22-24
• 2.3.3 SEA關(guān)節(jié)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 柔性關(guān)節(jié)力學(xué)特性分析28-40
• 3.1 關(guān)節(jié)柔性參數(shù)28-29
• 3.1.1 總體結(jié)構(gòu)28
• 3.1.2 彈簧參數(shù)28-29
• 3.2 關(guān)節(jié)柔性力輸出特性分析29-34
• 3.2.1 關(guān)節(jié)剛度模型29-31
• 3.2.2 關(guān)節(jié)柔性仿真31-34
• 3.3 柔性關(guān)節(jié)的能量輸出特性34-38
• 3.3.1 SEA柔性關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型和方程34-35
• 3.3.2 動(dòng)力學(xué)方程式求解35
• 3.3.3 SEA柔性關(guān)節(jié)能量求解35-36
• 3.3.4 SEA柔性關(guān)節(jié)能量分析36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-40
• 第四章 四足機(jī)器人單腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析40-52
• 4.1 四足動(dòng)物自由度分析40-41
• 4.1.1 四足動(dòng)物骨骼結(jié)構(gòu)分析40
• 4.1.2 自由度數(shù)分析40-41
• 4.2 單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析41-46
• 4.2.1 連桿坐標(biāo)系的矩陣變換41-42
• 4.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)正解42-44
• 4.2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解44
• 4.2.4 速度分析44-45
• 4.2.5 工作空間分析45-46
• 4.3 具有柔性關(guān)節(jié)的機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析46-51
• 4.3.1 具有彈簧的小腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46-47
• 4.3.2 單足機(jī)構(gòu)研究47-48
• 4.3.3 關(guān)鍵零部件受力分析48-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 四足機(jī)器人實(shí)驗(yàn)分析52-60
• 5.1 四足機(jī)器人控制系統(tǒng)52-53
• 5.1.1 四足機(jī)器人控制系統(tǒng)總體方案52-53
• 5.1.2 控制系統(tǒng)硬件搭建53
• 5.2 四足機(jī)器人單腿實(shí)驗(yàn)樣機(jī)以及分析53-59
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)搭建53-54
• 5.2.2 柔性關(guān)節(jié)位置實(shí)驗(yàn)54-55
• 5.2.3 四足機(jī)器人單腿行走實(shí)驗(yàn)55-58
• 5.2.4 四足機(jī)器人單腿越障實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第六章 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 附錄A66-70
• 致謝70

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