本文關(guān)鍵詞：大變形柔順仿生足的剛度特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《杭州電子科技大學》 2011年

雙足機器人仿生足部運動機構(gòu)研究

李秀梅  

【摘要】：雙足機器人是與人類最接近的一種機器人,其關(guān)鍵技術(shù)就是雙足步行,最大的特征就是能像人類一樣行走,可以完成人類基本的運動功能,盡管目前在仿人機器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的成果,但相對于人類行走,怎樣提高在行走過程中步態(tài)的穩(wěn)定性、靈活性、行走速度以及獨立性等仍然是個很大的挑戰(zhàn)。由于足部是在行走過程中唯一與地面直接接觸的機構(gòu),直接受到地面的反作用力,因此足部與地面的接觸情況以及緩解沖擊的重要性就顯而易見。 本文主要針對雙足機器人仿生足部運動機構(gòu)開展研究,主要工作如下: 1、分析了雙足機器人足部關(guān)節(jié)研究的目的及意義,歸納了各種類型的足部機構(gòu)的優(yōu)缺點,綜述了國內(nèi)外的研究,提出從仿生學的角度利用柔順機構(gòu)學原理解決足部結(jié)構(gòu)設計的可行性。 2、結(jié)合解剖學、人體運動力學、仿生學和柔順機構(gòu)學等相關(guān)知識,分析足部關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)及其各部分(骨骼、肌肉)的運動功能,通過對人體行走步態(tài)的研究,分析足部關(guān)節(jié)抗沖擊、減震、儲能等方面的結(jié)構(gòu)特征,為仿生柔順節(jié)能足的進一步的研究提供了基礎依據(jù)。 3、根據(jù)雙足機器人在行走過程中腳趾的運動特征,提出了腳趾與腳掌的連接方法。應用柔順機構(gòu)原理,設計了三種不同的柔順機構(gòu)模型。利用SolidWorksSimulation軟件中的非線性分析方法,對以上三種柔順機構(gòu)進行了計算與優(yōu)化,比較分析應力與位移大小。設計了一種適用于“腳跟著地,腳尖離地”行走步態(tài)的腳趾柔順鉸鏈,為以后的行走方式的改變提供了可能。 4、從仿生學的角度出發(fā),完成了仿生足單元的整體結(jié)構(gòu)設計。根據(jù)路面狀況優(yōu)化了腳趾結(jié)構(gòu)和腳跟結(jié)構(gòu),使其對地面具有更好的適應性,同時,對腳跟沖擊吸收機構(gòu)進行了分析和優(yōu)化。由于避震器具有良好的沖擊吸收功能,在此采用了避震器與彈簧板相結(jié)合的機構(gòu)。根據(jù)所確定的避震器參數(shù),對彈簧板進行有限元分析。最后,完成了橡膠腳底層材料以及六維力力矩傳感器的選擇。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP242
【目錄】：

摘要5-6

Abstract6-11

1 緒論11-25

1.1 課題研究的背景和意義11-12

1.2 雙足機器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究趨勢12-18

1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀12-16

1.2.1.1 日本研究現(xiàn)狀12-16

1.2.1.2 美國研究現(xiàn)狀16

1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀16-18

1.3 雙足機器人行走穩(wěn)定性的研究18-22

1.3.1 雙足機器人的基本概述18

1.3.2 仿人機器人下肢自由度的設置18-20

1.3.3 足部機構(gòu)的設計20-22

1.4 課題來源及本論文研究的主要內(nèi)容22-24

1.4.1 研發(fā)課題來源22-23

1.4.2 本論文研究的主要內(nèi)容23-24

1.5 本章小結(jié)24-25

2 雙足機器人簡易腳掌模型分析25-36

2.1 概述25

2.2 仿生機構(gòu)的基本理論25-26

2.3 人體足部的構(gòu)成及特征26-28

2.3.1 足部骨骼分析26-27

2.3.2 腳部肌肉解剖分析27-28

2.4 雙足機器人行走特點28-31

2.4.1 靜態(tài)步行29

2.4.2 動態(tài)步行29-31

2.5 足部的力學特征31-34

2.5.1 足部的生物力學特征[ 4 9]31-32

2.5.2 足部的力學特征32-33

2.5.3 足——地接觸力33

2.5.4 基于仿生學的簡化方法33-34

2.6 足部機構(gòu)34-35

2.7 本章小結(jié)35-36

3 柔性鉸鏈的設計與分析36-48

3.1 概述36-37

3.2 大變形柔順機構(gòu)的概念37-40

3.2.1 柔順機構(gòu)及其分類37-38

3.2.1.1 柔順機構(gòu)37

3.2.1.2 柔順機構(gòu)的分類37-38

3.2.2 柔順機構(gòu)的儲能特性38

3.2.3 柔順機構(gòu)特點38-39

3.2.4 大變形柔順機構(gòu)39-40

3.3 偽剛體模型40-41

3.4 大變形柔性鉸鏈41-43

3.5 柔順機構(gòu)的研究方法43-44

3.6 腳趾與腳跟柔性部件的設計44-47

3.6.1 LO LA 足部結(jié)構(gòu)的設計44-46

3.6.2 腳部結(jié)構(gòu)簡圖的設計46-47

3.7 本章小結(jié)47-48

4 仿生足柔順機構(gòu)的設計與分析48-63

4.1 概述48

4.2 柔順機構(gòu)的設計與分析48

4.3 SOLIDWORKS 簡介48-50

4.3.1 S ol i dW or ks 非線性分析48-49

4.3.2 有限元分析49-50

4.4 柔順鉸鏈的三維設計與靜力學分析50-58

4.4.1 腳跟彈簧板的設計50-52

4.4.2 腳趾柔性鉸鏈52-58

4.4.2.1 平行四邊形機構(gòu)52-54

4.4.2.2 帶凹口的雙平行四邊形柔順機構(gòu)54-56

4.4.2.3 帶圓形柔順鉸鏈的雙平行四邊形機構(gòu)56-58

4.5 結(jié)果分析58

4.6 彈簧及其分類58-62

4.6.1 彈簧的功能58-59

4.6.2 彈簧的分類59

4.6.3 扭簧的設計59-62

4.7 本章小結(jié)62-63

5 雙足機器人足部的結(jié)構(gòu)設計63-78

5.1 概述63

5.2 足部的整體結(jié)構(gòu)設計63-66

5.2.1 研究的主要內(nèi)容63

5.2.2 研究目標63

5.2.3 整體結(jié)構(gòu)設計63-66

5.3 腳趾結(jié)構(gòu)設計66-69

5.3.1 腳趾結(jié)構(gòu)對適應地面的影響66-67

5.3.2 腳趾結(jié)構(gòu)的設計67-68

5.3.3 腳趾機構(gòu)的作用68-69

5.4 腳跟沖擊吸收機構(gòu)69-72

5.4.1 避震器69-71

5.4.2 傳動三角與軸承71-72

5.4.3 彈簧板72

5.5 腳板及其橡膠腳底層72-73

5.6 六維力力矩傳感器73-75

5.7 實驗分析75-77

5.8 本章小結(jié)77-78

6 總結(jié)與展望78-80

6.1 總結(jié)78-79

6.2 展望79-80

致謝80-81

參考文獻81-85

附錄85

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4 彭勝軍;雙足機器人跑步運動穩(wěn)定性分析與協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2011年

5 張佩杰;欠驅(qū)動雙足機器人行走步態(tài)建模與動態(tài)行走控制策略研究[D];吉林大學;2010年

6 周雪峰;六自由度雙足機器人步行研究[D];華南理工大學;2011年

7 劉麗梅;被動動態(tài)行走雙足機器人的穩(wěn)定性分析與控制研究[D];吉林大學;2011年

8 毛勇;半被動雙足機器人的設計與再勵學習控制[D];清華大學;2007年

9 俞志偉;雙足機器人擬人步態(tài)規(guī)劃與穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

10 繆克華;Robocup3D足球機器人體系結(jié)構(gòu)與基本技能的研究與實現(xiàn)[D];廈門大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李秀梅;雙足機器人仿生足部運動機構(gòu)研究[D];杭州電子科技大學;2011年

2 宋憲璽;雙足機器人的建模與穩(wěn)定性分析[D];中國科學技術(shù)大學;2010年

3 朱道宏;雙足機器人步行姿態(tài)跟蹤控制方法研究[D];西安科技大學;2011年

4 胡金東;雙足機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與伺服控制[D];江南大學;2011年

5 趙正華;雙足機器人力傳感器仿真及平衡檢測研究[D];大連交通大學;2011年

6 郗俊杰;多智能雙足機器人的動作控制及協(xié)作研究[D];西安電子科技大學;2012年

7 楊艷軍;雙足機器人本體設計及步態(tài)規(guī)劃[D];西華大學;2011年

8 王超;仿人雙足機器人動步行步態(tài)規(guī)劃理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

9 潘亞賓;雙足機器人目標識別與跟蹤方法研究[D];江南大學;2011年

10 黃春林;雙足機器人步態(tài)規(guī)劃研究[D];廣東工業(yè)大學;2011年

  本文關(guān)鍵詞：大變形柔順仿生足的剛度特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：167797