一种十一关节仿生四足机器人的研究

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1、天津大学硕士学位论文一种十一关节仿生四足机器人的研究Astudyofaneleven-jointbionicquadrupedrobot学科专业：工业设计工程研究生：王清峰指导教师：项忠霞教授企业导师：张文昌高工天津大学机械工程学院2017年12月摘要足式移动机器人拥有比诸如轮式、履带式机器人等更好的地形适应能力，而四足机器人一直是足式移动机器人领域的重要研究课题。四足机器人拥有良好的负载能力和运动稳定性，并且结构简单、运动灵活，在教育娱乐、抢险救灾、军事领域、外太空探索等领域拥有很大的应用前景。本文在研究和总结了国内外现有研究成果的基础上，将重点放在了小型仿爬行类四足机器人的

2、研究上。通过对蜥蜴的仿生研究，发现其能够左右摆动的腰部对运动起到帮助作用，将类似的机构引入到四足机器人的机身设计中，并利用该机构减少了机器人整体的驱动关节数量。本文提出了一种新型仿生四足机器人的结构设计方案，并且围绕该机器人的结构设计、运动学分析、步态研究、样机制作等方面展开了研究工作。完成了机器人的结构设计和运动学分析。机器人的结构设计是本文的主要创新点之一，借助可以左右摆动的腰部，可以增加机器人的单腿步距，提高机器人运动速度；将左腿和右腿的髋关节合并为一个关节，在保证了机器人稳定行走的前提下将机器人的驱动关节减少为十一个。以该机器人的结构为基础建立机器人的运动学模型，使用D

3、-H方法对机器人进行了运动学分析。基于该机器人的结构特点，结合四足动物的几种规则步态，完成了机器人的三种步态规划，包括四拍步态、二拍步态和转弯步态。并从稳定裕度、重心移动轨迹、相位差等方面对四拍步态进行了分析。完成了机器人样机的设计和制作，在样机上实现了机器人的四拍步态，并对下一阶段可研究方向做了展望。围绕本课题设计的四足机器人以及其衍生结构申请了两项国家发明专利。本课题的主要创新之处有：提出了一种新的四足机器人结构设计方案，设计了一款使用十一个关节行走的仿生四足机器人；规划出了适用于此机器人的三种步态；制作了样机，对结构设计和步态规划进行了验证。关键词：四足机器人，十一关节，

4、蜥蜴，仿生，运动学分析，步态研究，样机IABSTRACTComparedtothewheelorpedrailrobots,leggedrobothasmoreadaptabilitywhenmovingonthecomplexground.Andquadrupedrobothasalwaysbeenanimportantresearchtopicinthefieldofleggedrobot.Quadrupedrobotshavegoodloadcapacityandmotionstabilityaswellassimplestructureandflexiblemoveme

5、nt.Therefore,theywillhavegreatapplicationprospectsinthefieldsofeducation,entertainment,disasterrelief,militaryfield,outerspaceexplorationandsoon.Withstudiedandsummarizedtheexistingresearchresultsathomeandabroad,wefocusontheresearchofsmallreptilequadrupedrobotsinthispaper.Byabionicstudyofliza

6、rds,itisfoundthattheswingofthewaistishelpfultothemovement.Withintroducingasimilarmechanismtothedesignofthebodyofaquadrupedrobot,thenumberofdrivingjointshasbeenreduced.Anewstructuredesignschemeforanewbionicquadrupedrobotisproposedinthispaper.Theresearchworkhasbeencarriedoutonthestructuredesig

7、n,kinematicsanalysis,gaitresearchandprototypemanufactureoftherobot.Thestructuredesignandkinematicsanalysisoftherobotarecompleted.Thestructuraldesignofrobotisoneofthemaininnovationsofthispaper.Withthehelpofswingingwaist,thesinglelegdistancecanbeincr