基于adams的四足机器人虚拟样机仿真及刚柔耦合分析

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1、硕士学位论文基于ADAMS的四足机器人虚拟样机仿真及刚柔耦合分析VIRTUALPROTOTYPESIMULATIONANDRIGID-FLEXIBLEDOUPLINGANALYSISOFQUADRUPEDROBOTBASEDONADAMS张志宇哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文基于ADAMS的四足机器人虚拟样机仿真及刚柔耦合分析硕士研究生：张志宇导师：曹健副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：201

2、6年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:681.5DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringVIRTUALPROTOTYPESIMULATIONANDRIGID-FLEXIBLEDOUPLINGANALYSISOFQUADRUPEDROBOTBASEDONADAMSCandidate：ZhangZhiyuSupervisor：AssociateProf.CaoJianAcademicDegreeAppliedfor：Master

3、ofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要相比于轮式机器人，足式机器人具有较强的环境适应性，能够在不规则路面行走。相比于其它足式机器人，四足机器人具有较好的静态稳定性和动态稳定性，步态与轨迹规划更简单。因而，四足机器人的研究一直

4、是科学研究的热点领域。随着研究的不断推进，四足机器人的应用领域，也将会从单一的军事用途向民用科技领域转化，民用领域的四足机器人将会具有更加广阔的商业前景。本课题来源于中华人民共和国国家科技支撑计划“高仿真智能机器人技术集成与恐龙主题展示应用示范”项目，旨在研究四足机器人的虚拟样机仿真和刚柔耦合分析，为今后大尺寸液压驱动四足机器人的研制提供有益的参考。本文在四足机器人结构设计和运动学动力学分析的基础上，建立了基于ADAMS和ANSYS的刚体虚拟样机模型和刚柔耦合虚拟样机模型，通过虚拟样机模型可以对四足机器人进行刚体仿真分析和刚柔耦

5、合仿真分析。本文首先对四足机器人walk步态和trot步态进行了稳定性分析。根据稳定裕度理论规划了两种walk步态，即间歇步态和协调步态，并对这两种步态进行仿真比较，提出它们的不同特点和适用领域；根据弹簧负载倒立摆模型（SpringLoadedInvertedPendulum，SLIP）提出了trot步态稳定的条件，并对trot步态进行了规划。然后，利用现有的四足机器人实验平台进行walk步态行走实验，验证了walk步态的稳定性。其次，根据零冲击原则规划了三条四足机器人的足端轨迹。对各条足端轨迹进行虚拟样机仿真分析，根据功率最优

6、原则，针对不同的步态选择相应最优的足端轨迹。最后，利用刚柔耦合虚拟样机模型对四足机器人进行刚柔耦合仿真分析，得到四足机器人腿部在行走过程中的动态应力和应变，并分析四足机器人结构的强度和刚度是否满足材料性能要求。然后，进行四足机器人腿部动态应变测量实验，通过比较试验数据和刚柔耦合仿真数据，验证刚柔耦合分析的正确性。关键词：四足机器人；步态规划；轨迹规划；刚柔耦合-I-AbstractAbstractComparedwithwheeledrobots,leggedrobotshavestrongenvironmentaladapta

7、bilityandcanwalkontheirregularterrains.Comparedwithotherleggedrobots,quadrupedrobotshavegreatstaticstabilityanddynamicstability,andthegaitandtrajectoryplanningofthequadrupedrobotsaresimpler.Asaresult,researchonquadrupedrobotisalwaysthehotspotofthescientificresearch.W

8、iththedevelopmentoftheresearch,theapplicationofthequadrupedrobotswilltransformfromtheonefoldmilitaryapplicationtothecivilscienceand