含脊柱关节四足机器人仿生结构设计及跳跃运动仿真地研究

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1、万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文含脊柱关节四足机器人仿生结构设计及跳跃运动仿真研究硕士研究生：董立涛指导教师：陈东良副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2014年1月论文答辩日期：2014年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngBionicStructuralDesignandBoundingMotionSimulationofQuadrupedRobotwitha

2、SpinalJointCandidate:DongLitaoSupervisor:Assoc.Prof.ChenDongliangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicEngineeringDateofSubmission:Jan.10,2014DateofOralExamination:Mar.10,2014University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有

3、工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部

4、分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据含脊柱关节四足机器人仿生结构设计及跳跃运动仿真研究摘要四足机器人一直是机器人领域的研究热点。随着人们对于四足机器人执行任务时运动效率要求的提高，四足机

5、器人能否实现高速运动成为了衡量机器人运动性能的一个重要指标。本文针对常见的刚性躯干四足机器人在运动中无法借助躯干的形态变化来提高运动速度这一问题，提出了一种躯干上包含脊柱驱动关节的四足机器人仿生结构模型，并对机器人进行了运动学分析，提出了机器人的简化模型并对简化模型进行了跳跃步态下的动力学分析，最后通过虚拟样机仿真实验，对含脊柱驱动关节四足机器人的运动性能进行了评估。本文的主要研究内容如下：首先，对四足机器人的国内外发展现状进行了概述，指出了常见刚性躯干四足机器人的运动局限性，并通过对猎豹等四足哺乳动物进行观察，提出了含脊柱驱动关节四足机器人模型，

6、并对机器人进行了整体结构方案设计，包括自由度的计算、尺寸参数的确定、驱动方案的选择、腿部仿生结构的设计和脊柱关节仿生结构的设计等，并最终完成了机器人的样机制作。其次，对机器人进行了运动学分析，采用D-H法对机器人腿部的每个自由度建立坐标系，通过广义坐标变换对机器人进行正向运动学的推导，通过欧拉变换对机器人进行逆向运动学的求解，并采用SimMechanics机械仿真模块对机器人足端可达空间进行了仿真分析。之后，根据质量弹簧倒立摆模型(SLIP)理论和Raibert的等效理论，将机器人仿生结构模型简化为了含弹簧腿的平面运动模型，并将此模型作为动力学理论

7、分析模型，以跳跃步态作为机器人的周期运动步态，对机器人进行了动力学分析，并对跳跃步态不同阶段的触发条件进行了判定。最后，利用ADAMS仿真软件对四足机器人进行了运动仿真研究，并对刚性躯干和含脊柱驱动关节两种情况下的四足机器人仿真结果进行了对比分析，确定了脊柱驱动关节对于四足机器人运动性能的改善情况。并针对仿真过程中出现的问题，提出了改进方案，为后期含脊柱驱动关节四足机器人实物样机试验奠定了基础。关键词：四足机器人；脊柱驱动关节；动力学；运动仿真万方数据含脊柱关节四足机器人仿生结构设计及跳跃运动仿真研究万方数据含脊柱关节四足机器人仿生结构设计及跳跃运

8、动仿真研究AbstractQuadrupedrobotresearchisahotareainrobotics.Witht