家猫下肢骨肌系统的张拉作用原理及其仿生研究

发布时间：2021-06-05 06:10

　　目前四足机器人的下肢关节几乎均被简化设计为铰连接,而由于铰连接多为刚性连接,在动态高速运动状态下,机器人的下肢关节极易由于地反力冲击作用而发生结构破坏,同时也增加了关节控制难度,进一步提高了运动能耗。文献调研表明,当前研究多在机器人的腿机构或足端中采用高弹性材料,起到了一定的缓冲作用,但整体效果仍不理想。本文将张拉体思想引入四足机器人的步行腿研究,以家猫的腿部骨骼-肌肉系统为仿生原型,结合家猫下肢运动力学试验、大体解剖和有限元建模初步解析了下肢骨肌系统的张拉作用原理及其对关节柔性和缓冲性能的影响,在此基础上进行了具有自平衡自稳定特征的仿生步行腿的设计研究,进而为具备高能效运动特征的仿生四足机器人的创新设计与开发提供重要的生物力学理论依据和技术支持,具有重要的科学意义。基于家猫的生物运动力学试验,本文对试验对象在常速行走、对角小跑、奔跑三种运动步态的运动力学数据进行了采集分析。结果表明,在三种运动步态下,随着运动速度逐渐增大,猫前后肢触地期均显著减小,由占步态周期的50%左右逐渐调整为约占步态周期的30%;步态周期内,猫前后肢的各关节产生了屈、伸的适应性运动调整。同时,结果表明,除髋关节... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

弹簧负载倒立摆模型

第1章绪论3图1.3弹簧负载倒立摆模型型的研究成功研制了一款四足机器人（图1.4），可实现小跑、溜蹄和跳跃三种动态运动步态[18]。此后，具有动态步行功能特征的四足机器人得到了快速发展，1999年，德国Berns等研制了类哺乳动物的四足机器“BISAM”（图1.5），该机器人基于仿生学研究提出的鲁棒控制法可实现简单的跨越凹坑凸台等不平整路面达到动态稳定运动[19]。2000年，加拿大麦吉尔大学Buehler等设计了腿部带有线性弹簧的四足机器人“ScoutII”（图1.6），该机器人通过腿部主动驱动关节图1.4Raibert的机器人图1.5BISAM图1.6ScoutII和由线性弹簧连接的被动驱动关节相结合的方式提高机器人的动态运动性能实现高速稳态运动，ScoutII的跳跃步态速度可达1.2m/s[20]。1994-2003年，日本电气通信大学Kimura等基于节律运动控制和被动关节设计开发了四足机器人“Tekken”（图1.7），该机器人能够完成小跑（trot）、溜蹄（pace）等多种步态，Tekken系列的第四代Tekken4（图1.8）采用新颖的机构设计和激光导航系

MIT猎豹

【参考文献】：
期刊论文
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[2]提升四足机器人行走稳定性的对角步态规划方法[J]. 韩宝玲,汪清强,贾燕,罗庆生,朱琛.  北京理工大学学报. 2018(09)
[3]从Big Dog到Spot Mini:波士顿动力四足机器人进化史[J]. 刘京运.  机器人产业. 2018(02)
[4]人体膝关节有限元模型建立及其有效性验证[J]. 鲍春雨,郭宝川,孟庆华.  应用力学学报. 2017(03)
[5]Joint space compliance control for a hydraulic quadruped robot based on force feedback[J]. 王军政,柯贤锋,汪首坤,何玉东.  Journal of Beijing Institute of Technology. 2016(03)
[6]基于CT灰度赋值的有限元模型建立及其在截骨矫形中的应用[J]. 欧阳汉斌,谢普生,邓羽平,杨洋,陈鹏宇,黄华军,黄文华.  南方医科大学学报. 2016(07)
[7]基于多种步态的德国牧羊犬下肢关节角[J]. 钱志辉,苗怀彬,任雷,任露泉.  吉林大学学报(工学版). 2015(06)
[8]基于多种步态的德国牧羊犬足-地接触分析[J]. 钱志辉,苗怀彬,商震,任露泉.  吉林大学学报(工学版). 2014(06)
[9]有限元及显微有限元分析在骨科应用的新进展[J]. 刘长剑,罗宗键.  大连医科大学学报. 2014(02)
[10]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)

硕士论文
[1]四杆张拉整体机器人的运动性能分析[D]. 于跃.哈尔滨工程大学 2017



本文编号：3211600