腿型跳跃机器人优化设计及实验地研究

《腿型跳跃机器人优化设计及实验地研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）腿型跳跃机器人优化设计及实验研究硕士研究生：孙天仕指导教师：胡胜海教授学位级别：工程硕士工程领域：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2014年5月论文答辩日期：2014年6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:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）OptimumDesignandExperimentResearchofLeggedJumpingRobotCandidate:Su

2、nTianshiSupervisor:Prof.HuShenghaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:MechanicalEngineeringDateofSubmission:May,2014DateofOralExamination:June,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

3、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

4、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腿型跳跃机器人优化设计及实验研究万方数据哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要腿型跳跃机器人拥有自由度数多，避险能力强，地面接触面积小等优点，这些优点使其在恶劣环境尤其是未知环境下执行复杂任务时可以更加灵活，更加安全，适用更加广泛，对腿型跳跃机器人的研究将在特种工作及国防领域产生很高的应用价值。对于机器人的整个跳跃运动周期而言，起跳阶段是最关键的，该阶段的运动性

5、能直接决定了机器人的跳跃高度和距离。本文研究了一种双关节无弹性元件的腿型跳跃机器人，在分析了典型跳跃生物运动机理之后建立出机器人机构运动模型，针对起跳阶段完成正运动学及逆运动学分析，优化机器人的结构参数，并进行了样机实验。针对腿型跳跃机器人的机构运动模型问题，由于跳跃生物生理结构的复杂性，首先分析典型跳跃生物跳跃机理，之后采用生物运动力学原理中的模型理论简化典型跳跃生物的生理结构，结合生物跳跃特性和其相似性分析，简化出机器人的机构运动模型并建立坐标系。针对腿型跳跃机器人的轨迹规划问题，首先通过正运动学分析，结合可变五次多项式得到期望的机器人质心空间轨迹，之后从机器人质心空间逆运动学的角度，与规

6、划出的质心轨迹相结合并基于自运动控制算法，通过优化得到符合避关节极限和避奇异要求的关节运动轨迹。针对腿型跳跃机器人的结构设计问题，选取速度方向可操作度作为指标来评价跳跃机器人在起跳方向上的运动能力，并分析了所选指标与各部分结构参数之间的关系，最后采用该指标为目标函数完成结构参数优化，得到使指标最大的各部分参数值。根据优化所得的参数值和实际实验要求，完成机器人本体设计，加工出实物样机，并搭建实验平台，使用规划得到的关节空间轨迹进行了实物样机实验。通过对实验结果的分析，说明机器人机构运动模型的可行性、轨迹规划的合理性和结构参数优化的有效性。本论文对双关节腿型跳跃机器人起跳阶段进行了上述研究，并通过

7、样机试验实现了机器人的稳定跳跃，为后续科研工作提供一定的参考价值。关键词：腿型跳跃机器人；运动机理；运动学；轨迹规划；速度方向可操作度万方数据腿型跳跃机器人优化设计及实验研究AbstractLeggedjumpingrobotshowsmultipledegreeoffreedom,strongriskaversionandsmallcontactareawithgroundinperformin