四足机器人设计以及脊柱关节数目对运动性能的影响研究
发布时间：2021-12-16 17:20
近年,我国西南地区地震、滑坡和泥石流等自然灾害频发,给人民和国家带来沉重的伤痛。用于预警的机器人已经投入使用,并且得到很好的效果,然而用于搜救和探索的机器人尚处在研究阶段,使得警犬在大强度的搜救工作中脱力的现象随处可见。针对救灾和探索用途的机器人,当前主要以装载有各种传感器和摄像头能够感知环境和路径规划的四足机器人为主。随着技术的进步,四足机器人由刚性躯干逐步向更加复杂的多脊柱关节的柔性躯干发展,柔性躯干的四足机器人较之刚性躯干的机器人具有更加优越的灵活性。因此研究多脊柱关节四足机器人,实现在非结构化环境下运行平稳、长时间续航和探索工作,具有十分重要的意义和价值。本论文主要围绕多脊柱关节四足机器人的脊柱关节参数,做了如下研究工作。将灵活度较高的猎豹作为原型,分析其脊柱结构并将其简化,建立含多关节的脊柱躯干模型,结合现有腿部和足部研究结果,构建完整四足机器人拓扑模型。以该模型为对象,推导其正运动学和逆运动学方程,基于各个关节的转角范围绘制腿部末端的运动空间。基于足端与地面间的冲击问题,采用新型的末端轨迹规划算法设计步态,设计腿部在支撑相和摆动相两种状态的末端轨迹函数。基于零力矩点稳定判据...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
猎豹奔跑状态下的姿态变化
4身携带的燃料可以持续长达24小时的野外续航，同时可以负载将近181KG的重量。更加出色的是其可以通过视觉捕捉跟随者的位置继而实现自主跟踪功能，也可以通过语音信号来执行相应的命令[17]。这个机器人已经很好的负载能力、环境适应性和自调节。图1.3AlphaDog机器人野外试验随后波士顿动力研究团队又推出名为wildcat的四足机器人，如图1.4所示。该四足机器人能实现奔跑和跳跃等复杂姿态，还能在脱离线控之后达到16mph的奔跑速度同时能够进行各种步态的平稳切换，也可以实现转弯和突然停止的命令[18].此时，四足机器人已经表现出优越的运动性能。图1.4wildcat四足机器人MIT也搭建了一台最新的Cheetah机器人，如图1.5所示。该机器人改变以往的气动发动机动力装置，采用自主研发的“三相永磁同步电机”作为动力源，大大降低了噪声。研究人员通过研究鹿的腿部结构并抽象为肌骨骼筋腱结构，然后为该机器人设计了一套独特的驱动方式，该结构的改良既能节约能量提高效率，同时还能够减小关节扭矩，最终能够达到10英里的时速和0.33米的越障高度[19]。该机器人目前可以达到很高的优越性能，对环境的适应性，自然环境中路径规划等功能都可以做到，刚性脊柱机器人中的翘楚。同时，该机器人为了更加形象，为躯干添加了可以控制的脑袋去调整身体的平
4身携带的燃料可以持续长达24小时的野外续航，同时可以负载将近181KG的重量。更加出色的是其可以通过视觉捕捉跟随者的位置继而实现自主跟踪功能，也可以通过语音信号来执行相应的命令[17]。这个机器人已经很好的负载能力、环境适应性和自调节。图1.3AlphaDog机器人野外试验随后波士顿动力研究团队又推出名为wildcat的四足机器人，如图1.4所示。该四足机器人能实现奔跑和跳跃等复杂姿态，还能在脱离线控之后达到16mph的奔跑速度同时能够进行各种步态的平稳切换，也可以实现转弯和突然停止的命令[18].此时，四足机器人已经表现出优越的运动性能。图1.4wildcat四足机器人MIT也搭建了一台最新的Cheetah机器人，如图1.5所示。该机器人改变以往的气动发动机动力装置，采用自主研发的“三相永磁同步电机”作为动力源，大大降低了噪声。研究人员通过研究鹿的腿部结构并抽象为肌骨骼筋腱结构，然后为该机器人设计了一套独特的驱动方式，该结构的改良既能节约能量提高效率，同时还能够减小关节扭矩，最终能够达到10英里的时速和0.33米的越障高度[19]。该机器人目前可以达到很高的优越性能，对环境的适应性，自然环境中路径规划等功能都可以做到，刚性脊柱机器人中的翘楚。同时，该机器人为了更加形象，为躯干添加了可以控制的脑袋去调整身体的平
【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamic Bending of Bionic Flexible Body Driven by Pneumatic Artificial Muscles（PAMs） for Spinning Gait of Quadruped Robot[J]. LEI Jingtao,YU Huangying,WANG Tianmiao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(01)
[2]水下自主导航机器人系统[J]. 刘甜甜,秦峰,朱晓勇,张炜轩,陈梦星,陈言俊. 兵工自动化. 2012(11)
[3]液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J]. 李贻斌,李彬,荣学文,孟健. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[4]红外传感器在智能车避障系统的应用[J]. 雷鹏飞,沈华东,高坎贷,胡建军,应翔. 电脑与信息技术. 2010(04)
[5]四腿机器人步态参数自动进化研究与实现[J]. 许涛,陈启军. 机器人. 2009(01)
[6]一种有腿机器人步态轨迹生成算法[J]. 徐凯,陈小平. 小型微型计算机系统. 2008(05)
[7]基于圆弧模型的四足机器人步态规划[J]. 张楫,赵明国,董浩. 机器人. 2006(05)
[8]多运动方式移动机器人控制系统设计[J]. 王沫楠,孙立宁. 电机与控制学报. 2005(04)
博士论文
[1]液压四足机器人驱动控制与步态规划研究[D]. 王立鹏.北京理工大学 2014
[2]四足机器人仿生控制方法及行为进化研究[D]. 孙磊.中国科学技术大学 2008
[3]位置敏感探测器的研究[D]. 黄梅珍.浙江大学 2001
硕士论文
[1]头尾调节装置对四足机器人动态运动性能的影响研究[D]. 龚加庆.北京交通大学 2015
[2]具有环境感知能力的四足机器人自主避障及姿态稳定控制[D]. 王鹏.南京航空航天大学 2015
[3]多足步行机器人控制系统的研究[D]. 田文罡.华中科技大学 2004
[4]仿生机器蟹控制系统及驱动技术研究[D]. 瞿晓荣.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3538522
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
猎豹奔跑状态下的姿态变化
4身携带的燃料可以持续长达24小时的野外续航，同时可以负载将近181KG的重量。更加出色的是其可以通过视觉捕捉跟随者的位置继而实现自主跟踪功能，也可以通过语音信号来执行相应的命令[17]。这个机器人已经很好的负载能力、环境适应性和自调节。图1.3AlphaDog机器人野外试验随后波士顿动力研究团队又推出名为wildcat的四足机器人，如图1.4所示。该四足机器人能实现奔跑和跳跃等复杂姿态，还能在脱离线控之后达到16mph的奔跑速度同时能够进行各种步态的平稳切换，也可以实现转弯和突然停止的命令[18].此时，四足机器人已经表现出优越的运动性能。图1.4wildcat四足机器人MIT也搭建了一台最新的Cheetah机器人，如图1.5所示。该机器人改变以往的气动发动机动力装置，采用自主研发的“三相永磁同步电机”作为动力源，大大降低了噪声。研究人员通过研究鹿的腿部结构并抽象为肌骨骼筋腱结构，然后为该机器人设计了一套独特的驱动方式，该结构的改良既能节约能量提高效率，同时还能够减小关节扭矩，最终能够达到10英里的时速和0.33米的越障高度[19]。该机器人目前可以达到很高的优越性能，对环境的适应性，自然环境中路径规划等功能都可以做到，刚性脊柱机器人中的翘楚。同时，该机器人为了更加形象，为躯干添加了可以控制的脑袋去调整身体的平
4身携带的燃料可以持续长达24小时的野外续航，同时可以负载将近181KG的重量。更加出色的是其可以通过视觉捕捉跟随者的位置继而实现自主跟踪功能，也可以通过语音信号来执行相应的命令[17]。这个机器人已经很好的负载能力、环境适应性和自调节。图1.3AlphaDog机器人野外试验随后波士顿动力研究团队又推出名为wildcat的四足机器人，如图1.4所示。该四足机器人能实现奔跑和跳跃等复杂姿态，还能在脱离线控之后达到16mph的奔跑速度同时能够进行各种步态的平稳切换，也可以实现转弯和突然停止的命令[18].此时，四足机器人已经表现出优越的运动性能。图1.4wildcat四足机器人MIT也搭建了一台最新的Cheetah机器人，如图1.5所示。该机器人改变以往的气动发动机动力装置，采用自主研发的“三相永磁同步电机”作为动力源，大大降低了噪声。研究人员通过研究鹿的腿部结构并抽象为肌骨骼筋腱结构，然后为该机器人设计了一套独特的驱动方式，该结构的改良既能节约能量提高效率，同时还能够减小关节扭矩，最终能够达到10英里的时速和0.33米的越障高度[19]。该机器人目前可以达到很高的优越性能，对环境的适应性，自然环境中路径规划等功能都可以做到，刚性脊柱机器人中的翘楚。同时，该机器人为了更加形象，为躯干添加了可以控制的脑袋去调整身体的平
【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamic Bending of Bionic Flexible Body Driven by Pneumatic Artificial Muscles（PAMs） for Spinning Gait of Quadruped Robot[J]. LEI Jingtao,YU Huangying,WANG Tianmiao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(01)
[2]水下自主导航机器人系统[J]. 刘甜甜,秦峰,朱晓勇,张炜轩,陈梦星,陈言俊. 兵工自动化. 2012(11)
[3]液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J]. 李贻斌,李彬,荣学文,孟健. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[4]红外传感器在智能车避障系统的应用[J]. 雷鹏飞,沈华东,高坎贷,胡建军,应翔. 电脑与信息技术. 2010(04)
[5]四腿机器人步态参数自动进化研究与实现[J]. 许涛,陈启军. 机器人. 2009(01)
[6]一种有腿机器人步态轨迹生成算法[J]. 徐凯,陈小平. 小型微型计算机系统. 2008(05)
[7]基于圆弧模型的四足机器人步态规划[J]. 张楫,赵明国,董浩. 机器人. 2006(05)
[8]多运动方式移动机器人控制系统设计[J]. 王沫楠,孙立宁. 电机与控制学报. 2005(04)
博士论文
[1]液压四足机器人驱动控制与步态规划研究[D]. 王立鹏.北京理工大学 2014
[2]四足机器人仿生控制方法及行为进化研究[D]. 孙磊.中国科学技术大学 2008
[3]位置敏感探测器的研究[D]. 黄梅珍.浙江大学 2001
硕士论文
[1]头尾调节装置对四足机器人动态运动性能的影响研究[D]. 龚加庆.北京交通大学 2015
[2]具有环境感知能力的四足机器人自主避障及姿态稳定控制[D]. 王鹏.南京航空航天大学 2015
[3]多足步行机器人控制系统的研究[D]. 田文罡.华中科技大学 2004
[4]仿生机器蟹控制系统及驱动技术研究[D]. 瞿晓荣.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3538522
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