仿生巖羊四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著四足機(jī)器人的發(fā)展，由于研究目的的不同，四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器選擇呈現(xiàn)多樣化。但現(xiàn)階段四足機(jī)器人領(lǐng)域的研究方向正逐漸朝著輕量化、模塊化、智能化和高自適應(yīng)性方向發(fā)展。具備以上特點(diǎn)的四足機(jī)器人更容易被應(yīng)用于各種領(lǐng)域，比如家政，救援，勘探等等，國(guó)內(nèi)外也涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的四足機(jī)器人。
　　本課題針對(duì)需求，以在陡峭山地地形中具有良好環(huán)境交互運(yùn)動(dòng)特性（卓越的攀附及平衡運(yùn)動(dòng)能力）的典型動(dòng)物-巖羊?yàn)榉律停ㄟ^(guò)解析其身體和腿部等部位的

2、特殊生理結(jié)構(gòu)、材料及機(jī)構(gòu)特征，將生物體形貌、局部結(jié)構(gòu)特征和整體運(yùn)動(dòng)模式等因素有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)具有顛覆性技術(shù)特征的仿生機(jī)器人系統(tǒng)。針對(duì)巖羊的陡峭山地行走和平衡運(yùn)動(dòng)能力開(kāi)展系統(tǒng)的理論建模，研究其超強(qiáng)的攀附與平衡行走能力的生理結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)動(dòng)機(jī)理，分析其運(yùn)動(dòng)行為控制方式，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)仿生運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行走、驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)，研制出適用于崎嶇陡峭山地行走的高可控性、強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力的仿生運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得仿生山地機(jī)器人可以更靈活和自主的適應(yīng)于我國(guó)邊境的復(fù)雜山

3、地環(huán)境。這將對(duì)日后的邊防工作或者野外偵察提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，避免了人力的損耗和工作效率的提高。此外，通過(guò)研究、仿造巖羊的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及身體構(gòu)造，優(yōu)化仿生機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造，這對(duì)日后的研究工作同樣具有重大意義。本文的具體工作如下:
　　(1)調(diào)研巖羊的生理特征和前人的四足機(jī)器人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出能高度適應(yīng)復(fù)雜地形的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)提供必要的結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
　　(2)仿生巖羊機(jī)器人整機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括機(jī)器人軀干設(shè)計(jì)、髖部減

4、震器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三關(guān)節(jié)開(kāi)鏈?zhǔn)酵炔拷Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、執(zhí)行電機(jī)的設(shè)計(jì)，整機(jī)的設(shè)計(jì)思路為輕量化、模塊化，易于加工和裝配。
　　(3)基于設(shè)計(jì)的機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)進(jìn)行D-H運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，對(duì)模型進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解。構(gòu)建關(guān)節(jié)變量與末端節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，為后續(xù)的運(yùn)動(dòng)控制提供基礎(chǔ)。
　　(4)在Adams仿真環(huán)境中對(duì)整機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，并實(shí)現(xiàn)整機(jī)的行進(jìn)步態(tài)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可行性，同時(shí)得到了運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)各個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)，最后根據(jù)仿真的結(jié)果對(duì)