步态参数和脊柱刚度对含脊柱关节四足机器人能量利用效率影响研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文步态参数和脊柱刚度对含脊柱关节四足机器人能量利用效率影响研究硕士研究生：李宁杰指导教师：陈东良副教授学科、专业：机械工程论文主审人：王立权教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文步态参数和脊柱刚度对含脊柱关节四足机器人能量利用效率影响研究硕士研究生：李宁杰指导教师：陈东良副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学Cla

2、ssifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngEffectofGaitParametersandSpineStiffnessonEnergyUseEfficiencyofQuadrupedRobotwithSpineJointCandidate:LiNingjieSupervisor:Assoc.Prof.ChenDongliangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:Mecha

3、tronicEngineeringDateofSubmission:January,2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity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

4、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再撰写的论文一律注明

5、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：年月日年月日摘要目前足式机器人主要有两种驱动方式，一种是液压驱动，优点是动力大、承载能力强、稳定性好，适用于室外复杂的环境；另一种是靠电池驱动，优点是清洁、灵活、噪音小，适用于室内和太空中，但电池的耐久性是一个很大的问题，还没有太好的方法去增加电池的储电量。目前研究已经证明脊柱关节可以提高四足机器人的速

6、度、稳定性和能量利用效率，但对脊柱本身性能的研究却非常少。本文主要研究电池驱动的含脊柱关节四足机器人，分析了跳跃步态下含脊柱含脊柱关节四足机器人的能量利用效率，通过改变步态参数和脊柱刚度来提高机器人的能量利用效率，降低四足机器人整体的能量消耗，增加机器人的续航能力。本文首先分析了含脊柱关节四足机器人的跳跃步态，对步态参数进行了分析，得到了跳跃步态的相位图。依据仿生学原理，根据猎豹的骨骼形态，建立了含脊柱关节四足机器人的简化模型，得到了机器人的动力学方程，同时推导了机器人在跳跃步态各个阶段下的能量状态方程

7、。其次，研究了步态参数对含脊柱关节四足机器人能量利用效率的影响。对含脊柱关节四足机器人的步态进行了规划，得到了机器人足端运动轨迹，分析了机器人腿部在站立阶段和摆动阶段的能量消耗，得到了步态参数和含脊柱关节四足机器人能耗之间的关系，找到了步态参数设计的方法，并证明了最佳步态参数的存在。然后，研究了脊柱刚度对含脊柱关节四足机器人能量利用效率的影响。通过对脊柱关节角度变化量的研究，得到了脊柱关节受力状态方程，分析了机器人能量之间的转化，得到了脊柱关节对机器人能耗的影响，通过仿真模拟实验得到了脊柱运动和最佳脊柱

8、刚度可以有效提高含脊柱关节四足机器人的能量利用效率。最后，为了证明理论分析的正确性，搭建了实验样机和实验平台，对含脊柱关节四足机器人平面样机进行实验，分析步态参数和脊柱刚度对实验样机能量利用效率的影响。实验结果表明：存在最佳步态参数和脊柱刚度使得含脊柱关节四足机器人的能量利用效率最高。关键词：四足机器人；步态参数；脊柱刚度；能量利用效率AbstractAtpresent,therearetwomaindrivesoffoot-typerob