基于柔性仿生关节的四足机器人单腿机构设计与分析

发布时间：2017-07-29 21:13

  本文关键词：基于柔性仿生关节的四足机器人单腿机构设计与分析

  更多相关文章： 四足机器人 仿生研究 柔性关节 仿真分析 运动学分析

【摘要】：目前四足机器人的研究大多处于试验阶段,还存在诸多问题,特别是四足机器人在行走过程中,足部着地瞬间产生巨大的冲击力,会导致机体精度降低,并影响机器人运动的稳定性和寿命。对机器人关节采用柔性仿生驱动的方式,能够降低机器人足部着地过程的冲击力,提高机器人的适应性。本文在省教育厅优秀青年基金项目(项目编号:YQ2014027)和河北工业大学优秀青年创新基金项目(项目编号:2013004)的支持下,对基于柔性仿生关节的四足机器人单腿机构以及柔性关节进行研究。主要研究内容和创新性成果如下:1.从仿生学角度对动物关节柔性产生机理进行了分析,并基于此提出了一种旋转型串联弹性驱动器结构,对柔性关节进行了详细的结构设计。结合MATLAB和ADAMS从关节的刚度特性、力学特性、能量特性等方面对关节进行仿真分析。2.对四足动物的骨骼结构进行分析,提出了四足机器人单腿机构形式,在此基础上进行了运动学分析,建立了运动学模型,求解了运动学正、逆解、雅克比矩阵,分析了四足机器人的工作空间,验证了所提出的四足机器人结构形式的合理性。对四足机器人的关键零部件进行了受力分析,确保机器人零件的使用寿命。3.建立了四足机器人单腿的控制系统和机械系统实验样机,分别对四足机器人单腿和柔性关节进行了实验,并结合仿真结果验证了四足机器人单腿结构合理性和关节仿真准确性。
【关键词】：四足机器人 仿生研究 柔性关节 仿真分析 运动学分析
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 四足机器人研究现状9-12
• 1.2.1 液压驱动的四足机器人9-10
• 1.2.2 电动驱动的四足机器人10-12
• 1.3 串联弹性驱动器的研究现状12-16
• 1.3.1 直线型SEA13-15
• 1.3.2 圆周型SEA15-16
• 1.4 四足机器人关键技术16
• 1.5 课题来源以及主要研究内容16-18
• 第二章 柔性仿生关节机构分析18-28
• 2.1 动物关节柔性产生机理18-19
• 2.2 柔性关节方案分析19-21
• 2.2.1 驱动方式分析19
• 2.2.2 串联弹性驱动器构型分析19-20
• 2.2.3 传动方式分析20-21
• 2.3 基于串联弹性驱动器的柔性关节机构设计21-27
• 2.3.1 柔性关节工作原理22
• 2.3.2 关键零部件选型22-24
• 2.3.3 SEA关节具体结构设计24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 柔性关节力学特性分析28-40
• 3.1 关节柔性参数28-29
• 3.1.1 总体结构28
• 3.1.2 弹簧参数28-29
• 3.2 关节柔性力输出特性分析29-34
• 3.2.1 关节刚度模型29-31
• 3.2.2 关节柔性仿真31-34
• 3.3 柔性关节的能量输出特性34-38
• 3.3.1 SEA柔性关节动力学模型和方程34-35
• 3.3.2 动力学方程式求解35
• 3.3.3 SEA柔性关节能量求解35-36
• 3.3.4 SEA柔性关节能量分析36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 四足机器人单腿机构设计与分析40-52
• 4.1 四足动物自由度分析40-41
• 4.1.1 四足动物骨骼结构分析40
• 4.1.2 自由度数分析40-41
• 4.2 单腿运动学分析41-46
• 4.2.1 连杆坐标系的矩阵变换41-42
• 4.2.2 运动学正解42-44
• 4.2.3 运动学逆解44
• 4.2.4 速度分析44-45
• 4.2.5 工作空间分析45-46
• 4.3 具有柔性关节的机器人单腿结构设计与分析46-51
• 4.3.1 具有弹簧的小腿结构设计46-47
• 4.3.2 单足机构研究47-48
• 4.3.3 关键零部件受力分析48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 四足机器人实验分析52-60
• 5.1 四足机器人控制系统52-53
• 5.1.1 四足机器人控制系统总体方案52-53
• 5.1.2 控制系统硬件搭建53
• 5.2 四足机器人单腿实验样机以及分析53-59
• 5.2.1 实验样机搭建53-54
• 5.2.2 柔性关节位置实验54-55
• 5.2.3 四足机器人单腿行走实验55-58
• 5.2.4 四足机器人单腿越障实验58-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 附录A66-70
• 致谢70

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