SCalf液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析.pdf

1、目前輪式和履帶機(jī)器人在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟并得到廣泛應(yīng)用，但它們只能在相對(duì)平坦的地面環(huán)境移動(dòng)，而超過(guò)一半的陸地表面為崎嶇不平的山地、叢林和冰雪地面。自然界中的很多動(dòng)物，尤其是四足哺乳動(dòng)物，不僅可以在這些復(fù)雜地形環(huán)境下快速行走，而且具有較大的負(fù)重能力。因此，人類(lèi)一直在努力研制各式各樣的四足仿生機(jī)器人。近年來(lái)，具有高動(dòng)態(tài)性、大負(fù)載能力的液壓驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人更是受到越來(lái)越多人的重視。
　　 雖然已經(jīng)出現(xiàn)種類(lèi)繁多的四足仿生機(jī)器人，但在仿

2、生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)控制方法等各方面還沒(méi)有形成成熟的理論體系，仍處于探索階段。本論文在液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人的仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、足端軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)仿真、機(jī)載液壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)樣機(jī)集成與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等幾方面做了深入研究，主要內(nèi)容如下:
　　 (1)通過(guò)對(duì)典型四足哺乳動(dòng)物的骨骼結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析研究，設(shè)計(jì)了具有前后對(duì)稱(chēng)運(yùn)動(dòng)和全向運(yùn)動(dòng)能力、適于快速步行的12主動(dòng)自由度的液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人仿生機(jī)構(gòu)。

3、建立了其ADAMS和MATLAB的聯(lián)合仿真模型，通過(guò)仿真獲得了各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)速度和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力等重要參數(shù)，完成了對(duì)機(jī)器人仿生機(jī)構(gòu)的優(yōu)化和完善，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)出了高動(dòng)態(tài)、高度集成的一體化液壓伺服驅(qū)動(dòng)單元。
　　 (2)提出了基于軀干固定坐標(biāo)系的復(fù)合足端軌跡規(guī)劃方法，大大減小了擺動(dòng)足落地沖擊，實(shí)現(xiàn)了四足機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。采用基于D-H運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的方法對(duì)SCalf四足機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值分析，給出了單腿兩個(gè)俯仰關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)

4、角速度、關(guān)節(jié)角加速度、油缸位移、油缸速度和油缸加速度變化曲線。采用基于迭代計(jì)算的計(jì)算機(jī)輔助分析方法再次對(duì)SCalf四足機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值分析，取得的結(jié)果與基于模型的結(jié)果完全一致，且具有較高的計(jì)算實(shí)時(shí)性。
　　 (3)基于離線規(guī)劃和樣條驅(qū)動(dòng)的方法、在線規(guī)劃和聯(lián)合仿真的方法分別對(duì)SCalf四足機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，獲取了機(jī)器人足地面碰撞力、各關(guān)節(jié)液壓伺服油缸驅(qū)動(dòng)力、軀干質(zhì)心的速度和加速度波動(dòng)等重要參數(shù)。
　　

5、(4)基于正壓閉式液壓回路設(shè)計(jì)方法，將變?nèi)莘e微型正壓油箱、高轉(zhuǎn)速微型柱塞變量泵和12個(gè)非對(duì)稱(chēng)液壓伺服油缸組成正壓閉式回路，設(shè)計(jì)完成了SCalf四足機(jī)器人的高功率密度、抗震的機(jī)載液壓動(dòng)力系統(tǒng)，解決了四足機(jī)器人野外行走的動(dòng)力問(wèn)題。
　　 (5)優(yōu)化并集成了具有12個(gè)主動(dòng)自由度和4被動(dòng)自由度的液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，進(jìn)行了負(fù)重、復(fù)雜地形、抗側(cè)向沖擊、最大速度、上下坡、續(xù)航等諸多實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所設(shè)計(jì)的液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人具有很好的