具有弹性躯干仿生猎豹机器人的设计与仿真

发布时间：2017-03-23 15:04

  本文关键词：具有弹性躯干仿生猎豹机器人的设计与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：仿生机器人的研究越来越受人们关注,尤其是四足仿生机器人。本论文以提高仿生猎豹机器人运动快速性和灵活性为目标,研究四足仿生机器人在高速运动步态下有无弹性躯干关节对其运动性能的影响。以及对设计的仿生猎豹机器人应用虚拟样机技术对其奔跑运动进行仿真分析。首先,大量查阅国内外各种四足仿生机器人文献,分别列举出仿生机器人主要研究内容和方向。发现传统四足仿生机器人设计主要集中在腿部关节的设计,对其脊柱关节的仿生设计简化成一刚性。由此提出一种具有弹性躯干关节的仿生猎豹机器人模型设计思路,并利用三维建模软件Pro/E建立仿生猎豹机器人的三维模型。其次,建立猎豹机器人奔跑运动数学模型,并对其奔跑步态的四个运动相进行运动学和动力学分析。列出猎豹机器人在四个运动相的运动方程。采用庞加莱映射方法对具有弹性躯干关节的猎豹机器人运动稳定性进行研究。最后,利用虚拟样机技术对具有弹性躯干与刚性躯干模型进行对比仿真分析,以及对机械前、后腿和整体仿生猎豹机器人跳跃奔跑仿真分析。总结得出:具有弹性躯干关节的仿生猎豹机器人其奔跑跳跃性能得到提高,跳跃高度更高、能量损耗低和运动速度更快等优点。
【关键词】：弹性躯干 仿生机器人 稳定性 虚拟样机仿真
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• １ 绪论8-20
• 1.1 引言8
• 1.2 论文概述8-10
• 1.2.1 研究背景8-10
• 1.2.2 研究的目标与意义10
• 1.3 国内外跳跃机器人10-15
• 1.3.1 单、双足机器人10-14
• 1.3.2 多足跳跃机器人14-15
• 1.4 四足仿生机器人发展研究概况15-17
• 1.5 本论文主要研究内容和体系结构17-19
• 1.5.1 研究内容17-18
• 1.5.2 体系结构18-19
• 1.6 本论文创新点19-20
• 2 仿生猎豹机器人总体设计20-34
• 2.1 弹性躯干关节机器人结构20-24
• 2.1.1 动物猎豹骨骼剖析20-22
• 2.1.2 机器人弹性躯干关节模型22-24
• 2.2 机器人腿部机械结构24-29
• 2.3 猎豹机器人机体设计29-31
• 2.4 猎豹机器人装配模型31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 猎豹机器人运动学及动力学分析34-44
• 3.1 猎豹机器人步态分析34-36
• 3.2 动力学方程建立36-37
• 3.3 机器人运动模型分析37-42
• 3.3.1 后腿触地相38-40
• 3.3.2 双腿飞跃相40-41
• 3.3.3 前腿触地相41-42
• 3.3.4 双脚触地相42
• 3.4 各运动相触发事件42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 机器人跳跃稳定性分析44-50
• 4.1 稳定性分析——庞加莱映射法45-46
• 4.2 弹性躯干机器人庞加莱映射46-49
• 4.2.1 建立映射函数46-49
• 4.2.2 不动点求解方程49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 仿生猎豹机器人虚拟样机仿真50-70
• 5.1 建立ADAMS腿部虚拟样机50-56
• 5.1.1 腿部机构导入ADAMS50-51
• 5.1.2 仿真腿模型参数设置51-53
• 5.1.3 前腿部仿真分析53-54
• 5.1.4 后腿部仿真分析54-56
• 5.2 简化弹性躯干仿真分析56-59
• 5.2.1 仿真模型建立56-57
• 5.2.2 仿真参数设置57-59
• 5.3 对比奔跑跳跃仿真59-66
• 5.3.1 弹性躯干机器人步幅研究59-64
• 5.3.2 机器人跳跃运动足尖受力研究64-65
• 5.3.3 机器人跳跃运动能量仿真65-66
• 5.4 整体仿真66-69
• 5.4.1 行走功能分析66-67
• 5.4.2 奔跑跳跃通过路障功能分析67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表论文以及学术成果76

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本文编号：263962