四足机器人结构设计与仿真优化

发布时间：2017-12-07 05:12

  本文关键词：四足机器人结构设计与仿真优化

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【摘要】：同轮式机器人相比,足式机器人具备灵活性的特点使其能够在野外的不平坦地形行走。在足式机器人家族中,从稳定性和负载能力上,四足优于双足,从结构和控制复杂度上,简便于六足和八足。因此,四足机器人的运动性能优于其他多足机器人。国际上最为著名的四足机器人是Boston Dynamics公司开发的BigDog。四足机器人的运动特性主要取决于机械结构,机械结构的稳定又决定了对四足机器人后续工作的研究质量。目前仿生四足机器人结构形式非常多,但是并没有系统的对机械结构、驱动单元做详细的论述,本文基于四足动物的肢体结构特征、仿生学原理,对四足机器人整体结构设计、运动学分析、关节设计和驱动单元的优化设计做了详细论述,着重四足机器人的结构设计。首先,依据仿生学原理和机械结构设计分析了现有的四足机器人的众多机构特征后,设计了一款全膝式多自由度的仿生四足机构虚拟样机。运用pro/E软件对虚拟样机做了详细的结构设计,包括整体支架,腿部结构,标准件的选择。分析并推导了四足机器人的运动、静力学方程、关节角度变量和输出位移变量的关系。基于Adams软件仿真得到了关节旋转角度、速度、质心变化和关节驱动力等重要数据,基于Abaqus完成了机器人关键零部件的优化,并以此为依据设计出四足机器人的模块化腿式机构,节省空间和降低了整体质量。最后,加工出了腿部结构各部件,集成了机载驱动系统,集成了 12自由度包括8个主动自由度和4个被动自由度的实验样机,搭载了 12轴控制系统,通过实验样机的步态测试,验证了所设计机械结构的可行性。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：1261258