大型仿生机械恐龙结构设计及控制系统研发

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1、中图分类号：TP242论文编号：10006SY0807309硕士学位论文大型仿生机械恐龙结构设计及控制系统研究作者姓名方书明学科专业机械设计及理论导师姓名韩晓建副教授培养院系机械学院TheStructureDesignandControlSystemResearchofaBigBionicDinosaurRobotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FangShumingSupervisor：AssociateProf.HanXiaojianSc

2、hoolofMechanicalEngineering&AutomationBeihangUniversity,Beijing,China中图分类号：TP242论文编号：10006SY0807309硕士学位论文大型仿生机械恐龙结构设计及控制系统研究作者姓名方书明申请学位级别硕士学位指导教师姓名韩晓建职称副教授学科专业机械设计及理论研究方向机械系统设计理论、CAD/CAE及控制技术学习时间自2008年9月18日起至2011年7月1日止论文提交日期2011年5月日论文答辩日期2011年5月27日学位授予单位学位授予日

3、期年月日关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。   若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：      日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意北京航空航天大学有权

4、使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要足式机器人属于仿生机器人的范畴，它们主要是模仿动物使用四肢进行运动。足式机器人有轮式机器人无法比拟的优越性，其环境的适应能力很强，能够在

5、各种复杂的地面条件下工作。因此，开展四足机器人相关技术的研究具有重大的现实意义。未来，四足机器人必将在军事运输、抢险、救灾、反恐、娱乐等方面发挥极其重要的作用。本文主要是研发一款仿三角龙的大型机械四足机器人，针对课题研究的需要我们开展了其相关技术的研究，主要内容包括以下几个方面：首先，分析了三角龙的结构特点，并根据课题的研究目标，设计了具有17个关节的四足机器人的整体结构方案。并且根据机器人的受力情况，确定了机器人的驱动方式和关节传动方式。其次，结合四足机器人的三维模型的比例特点，设计了基于静稳定性原理的爬行步态

6、和基于动稳定性原理的对角小跑步态，并完成了步态的规划。借助于虚拟样机仿真软件ADAMS对四足机器人进行了步态的仿真，得到了机器人的运动轨迹和运动效果。再次，根据17个关节的特点我们设计了基于CANopen总线的分布式控制系统，并介绍了基于CANopen的运动控制器的原理和使用。最后，根据四足机器人的结构设计制造了恐龙机器人的实验样机，在此样机上完成了CANopen总线的成功组网，并且完成了爬行步态的实验。实验结果表明了结构设计的合理性，同时验证了基于静稳定性原理的爬行步态的规划的合理性。本课题所完成的研究对将来开

7、展四足机器人的研发具有较高的指导价值，尤其对开展大尺寸、大质量的四足机器人的设计能够提供一定的理论和实践支持。关键词：四足机器人，ADAMS,CANopen，步态，稳定性原理IAbstractLeggedtyperobotbelongstothecategoryofbionicrobot,theymainlyimitateanimaltouselimbstomove.Foottyperobothasawheeledrobotincomparableadvantages,ithasthestrongabilityt

8、oadapttodifferentkindsofenvironment.Therefore,doingtheresearchofquadrupedrobot’srelatedtechnologyhasthesignificantpracticalmeaning.Inthefuture,four-leggedrobotwillplayaveryimportantrolein