四足机器人变刚度柔性关节机构学研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321202094河北工业大学硕士学位论文四足机器人变刚度柔性关节机构学研究论文作者：张冬学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：张明路职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金项目（61503119）河北省教育厅优秀青年基金项目（YQ2014027）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringANEWVARIABLESTIFFNESSDESIGN:MATCHINGREQ

2、UIREMENTSOFTHEJOINTFORQUADRUPEDROBOTbyZhangDongSupervisor:Prof.ZhangMingluMarch2016ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNO.61503119)andOutstandingYouthFundofEducationDepartmentofHebeiProvince（GrantNo.YQ2014027）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成

3、果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送

4、交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要目前，人们对足式机器人的研究大多处于试验阶段，还存在诸多问题。足式机器人在陆地上运动时，足端落下和地面接触的瞬间，会产生一个很大的冲击力，这个冲击力不仅会使机身产生较剧烈的振动，还会对机器人的重要关节以及内部零部件造成破坏，以至于机器人的寿命缩短，稳定性变差。为此，本课题从仿生学的角度出发，研究一种具有能量放大作用的新型变刚度柔性关节，该关节可以极大的缓冲足端着地瞬间产生的冲击力，提高机器人的适应性和稳定性。首先，本文以动物关节柔性产生机理为出发点，

5、分析了国内外变刚度柔性关节的研究现状，通过研究凸轮、凸轮槽机构以及丝杠螺母机构刚度输出特性，提出了变刚度柔性关节的综合设计，该关节具有体积小、重量轻、运动灵活等特点。其次，在设计中通过建立数学模型，分析关节输出刚度与关节相关结构参数之间的关系，并运用MATLAB进行仿真测试，为关节输出刚度调节选择了较为敏感的参数调节范围，提高了刚度调节的灵敏性，并进一步运用ADAMS软件，从关节的力学特性、能量特性等方面对关节进行仿真分析，结果表明该关节设计合理。最后，建立变刚度柔性关节的样机和控制系统实验平台，通过对样机进行末端自由时关节位置实验、末端受力时关节运动实验

6、、冲击实验，并结合仿真结果进一步验证关节机构设计的合理性以及刚度调节的有效性。关键词：四足机器人柔性关节变刚度能量放大IABSTRACTNowtheresearchofquadrupedrobotisaveryimportantoneofthehotresearchfields,butcurrentresearchofquadrupedrobotismostlyintheexperimentalstage.Intheactualprocessofwalking,foottouchdownmomentwillproduceagreatimpact,causi

7、ngseverevibrationoftherobotjointsandthemachinebody,whichreducesthesensingaccuracy,damagessomesensitiveparts,andaffectsthestabilityoftherobotmovement.Consideringthese,wetakeabionicdrivingmethodwithvariablestiffnessandenergyamplification,whichcanreducetheimpactforcewhenfoottouchtheg

8、round,completethetaskatthesametim