本文選題：四足機(jī)器人　切入點(diǎn)：腿結(jié)構(gòu)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：面向奔跑的四足機(jī)器人研究成為近年四足機(jī)器人研究的熱點(diǎn)之一。剛性的四足機(jī)器人存在奔跑速度慢,運(yùn)動穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性不足等缺點(diǎn)。對四足機(jī)器人進(jìn)行腿結(jié)構(gòu)和脊椎的柔性設(shè)計可提高其運(yùn)動性能。本文仿生動物獵豹,對面向奔跑的四足機(jī)器人進(jìn)行了柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計和足端軌跡規(guī)劃研究。主要內(nèi)容如下:(1)基于對獵豹后腿骨骼-肌肉結(jié)構(gòu)特性的分析,設(shè)計了具有緩沖性能的腿結(jié)構(gòu)。通過對獵豹脊椎結(jié)構(gòu)和在奔跑時脊椎形態(tài)變化的分析,設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單并能夠?qū)崿F(xiàn)上下彎曲的柔性脊椎結(jié)構(gòu)。設(shè)計了以液壓缸作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)的仿獵豹四足機(jī)器人,該四足機(jī)器人具有緩沖腿結(jié)構(gòu)和柔性脊椎。(2)對仿獵豹四足機(jī)器人進(jìn)行了詳細(xì)的運(yùn)動學(xué)分析和動力學(xué)分析,推導(dǎo)出了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的表達(dá)式。根據(jù)液壓缸布置形式及與各構(gòu)件間的位置關(guān)系,求出了髖關(guān)節(jié)液壓缸和膝關(guān)節(jié)液壓缸長度與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系。(3)基于對獵豹在奔跑時足端的運(yùn)動軌跡存在回縮和后擺現(xiàn)象的分析,提出了兩種適合奔跑的足端軌跡:一是改進(jìn)的橢圓足端軌跡,二是修正擺線足端軌跡。基于bound步態(tài)的運(yùn)動特點(diǎn),詳細(xì)地推導(dǎo)了兩種足端軌跡的函數(shù)表達(dá)式。(4)將設(shè)計的兩種足端軌跡應(yīng)用于本文的仿獵豹四足機(jī)器人,并進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明,兩種足端軌跡均能使機(jī)器人實現(xiàn)穩(wěn)定的bound步態(tài)運(yùn)動。通過對比分析,修正擺線足端軌跡更適合奔跑運(yùn)動。
[Abstract]:The research of running oriented quadruped robot has become one of the hotspots in recent years. The rigid quadruped robot has slow running speed. Motion stability and coordination are not enough. The flexible design of leg structure and spine of quadruped robot can improve its motion performance. In this paper, a bionic cheetah, a bionic cheetah, The flexible structure design and foot trajectory planning of running oriented quadruped robot are studied. The main contents are as follows: 1) based on the analysis of cheetah hind leg skeletal-muscle structure characteristics. By analyzing the structure of the cheetah's spine and the changes of the spine morphology during running, a leg structure with cushioning performance was designed. A flexible spine structure with simple structure and the ability to bend up and down is designed, and a cheetah quadruped robot with hydraulic cylinder as driving mechanism is designed. The four-legged robot has a cushioning leg structure and a flexible spine. The kinematics and dynamics of a cheetah quadruped robot are analyzed in detail. The expression of joint angle is derived. According to the form of hydraulic cylinder arrangement and the position relation between the hydraulic cylinder and the components, The functional relationship between the length of the hydraulic cylinder of the hip joint and the hydraulic cylinder length of the knee joint and the angle of the joint is obtained. Based on the analysis of the retraction and backswing of the cheetah's foot trajectory when it is running, the relationship between the length of the hydraulic cylinder of the hip and the angle of the joint is obtained. Two kinds of foot trajectory suitable for running are proposed: one is the improved elliptical trajectory, the other is the modified cycloidal trajectory. Based on the characteristics of bound gait motion, The functional expression of two foot trajectories is derived in detail. The designed two foot trajectories are applied to the cheetah quadruped robot in this paper, and the simulation results show that, The two kinds of foot trajectory can make the robot realize stable bound gait motion. Through comparison and analysis, the modified cycloidal foot trajectory is more suitable for running motion.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：1605320