【摘 要】
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四足仿生机器人相比于两足式机器人具备更高的运动稳定性能,可以实现复杂地形的稳定行走,与六足式机器人对比四足机器人结构更为简单,在运动方面具备更好的灵活性能。四足机器人复杂地形的通过性是目前研究的热点问题,科研机构、军工项目、民用方面都有四足机器人应用的前景。目前国内外在四足仿生机器人方面都有相关的研究成果,但针对运动协调、前进平稳、非规则复杂地形相关要求方面存在较大的差距。充分调研了各类四足仿生机
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四足仿生机器人相比于两足式机器人具备更高的运动稳定性能,可以实现复杂地形的稳定行走,与六足式机器人对比四足机器人结构更为简单,在运动方面具备更好的灵活性能。四足机器人复杂地形的通过性是目前研究的热点问题,科研机构、军工项目、民用方面都有四足机器人应用的前景。目前国内外在四足仿生机器人方面都有相关的研究成果,但针对运动协调、前进平稳、非规则复杂地形相关要求方面存在较大的差距。充分调研了各类四足仿生机器人的腿部结构后本文提出并设计了一种具备两种工作模式的四足仿生机器人(Fyzs Dog),旨在提升机器人在非规则地形下的通过性。采取了相关理论研究、计算机仿真手段及实物平台实验的方式,参考了机构运动原理与机构复合方式,并借鉴了当前的人工智能优化算法,对此多模式腿部新型机构进行了机构复合、结构设计、尺寸优化、运动分析、力学推导、步态切换等重点问题的研究。(1)与现存的四足仿生机器人腿部结构进行了比对,区分了开链式和闭链式腿部结构的优缺点,得出闭链式腿部结构在稳定性和承载方面具备足够的优势,实现了关节处的驱动向机身部位的转移从而降低腿部的转动惯量。然后利用机构复合原理将典型机构平面四杆机构和平面五杆机构完成机构复合,最终比对四足机器人腿部不同布置方式的优劣确定了机器人整机结构。(2)采用D-H法对“Fyzs Dog”机器人不同工作模式下的腿部结构进行了运动学分析。然后基于腿部足端轨迹目标优化了腿部的几何参量获取了最佳腿部尺寸数据值。最后对优化后的结果进行了理论分析,验证腿部结构设计的合理性和有效性。(3)利用了机器人雅克比矩阵和拉格朗日方法对“Fyzs Dog”机器人不同工作模式下的腿部结构进行静力学和动力学的理论推导,分别得出了足端力与机器人关节力矩之间的函数关系以及关节驱动角位移和驱动关节力矩之间的函数关系。(4)将“Fyzs Dog”机器人与含腰多关节机器人在步幅改变层面对比后提出了一种步态切换策略,目的为实现该四足仿生机器人面对复杂非规则地形时的高通过性与机身稳定性。而后完成了两种模式下机器人足端轨迹的规划工作。(5)搭建了Matlab-Adams联合仿真平台对“Fyzs Dog”机器人进行了仿真分析,通过数据比对验证了设计的可靠性与合理性。制作了机器人实物样机并初步完成实验测试工作,测试机器人的运动性能。
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