四足仿生机器人结构设计研究

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1、分类号学号M201170510学校代码10487密级硕士学位论文四足仿生机器人结构设计研究学位申请人：陈思宇学科专业：机械电子工程指导教师：陈学东教授答辩日期：2014年1月9日万方数据华中科技大学硕士学位论文AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMechanicalDesignandAnalysisofaBionicQuadrupedRobotCandidate:SiyuChenMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:

2、Prof.XuedongChenHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，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。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学

3、校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要四足机器人在非结构化地面上运动时，往往要承担失稳、不平衡等风险，如何设计四足机器人的结构，使之能够更好的适应各种非结构化地面是实现其动态平衡的重要基础和首要问题。本文针对四足仿生机器人的设计，从结构设计和力学分析两

4、方面着手，完成了基于仿生的四足机器人的设计和分析，并通过仿真、计算等方法验证了设计的合理性和有效性。针对哺乳动物的结构特征，进行四足机器人的设计。首先分析了哺乳动物的生理结构特点，提出了设计目标，完成了四足机器人的整机结构设计和单腿结构设计，根据仿生学的方法选择了机器人的参数。再根据四足机器人的结构特点和力学分析，对四足机器人的单腿结构，整机结构和特殊工况进行分析。通过对机器人单腿结构进行分析，计算了腿部运动空间，侧摆关节的运动范围，并对腿部的输出关节力矩进行了计算，并通过仿真的方法，对关节力矩进行分析，检验是否符合设计要求。同时对整机的结构也进行了分析，通过力学方式，计算分析了机器人的稳

5、定性参数。最后，基于上述的力学方法，对腿部的关键零件进行了强度校核，验证了腿部结构的承载能力和结构强度。最后根据四足机器人的结构分析和力学分析，对机器人的整机结构和单腿结构分别进行了优化，并提出了基于柔顺控制的力优化方法，为机器人的行走运动提供了一定的适应性方法。并用联合仿真的方式对单腿原地跳跃进行了仿真实验，验证了方法的可信度和有效性。关键词：四足机器人；仿生学；结构设计；力学分析I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractWhenfour-leggedrobotsarewalkingonunstructuredterrains,theyareusuallyundertherisk

6、ofinstabilityandunbalance.Howtodesigntherobotisthebasicandinitialproblemofachievingdynamicbalancingonallkindsofunstructuredterrains.Thisthesis,whichaimingatsolvethedesignoftherobot,completesthedesignandanalysisofthebio-inspiredquadrupedrobotfromtheaspectsofstructuredesignandforceanalysis,andfurthe

7、rverifiesthevalidityandeffectivenessthroughthesimulationandcomputationmethods.Firstly,thequadrupedrobotisdesignedbasedonthestructureoffour-leggedmammals.Thestructureofmammalsisanalyzedandobjectivesareproposed.The