文档介绍：武汉科技大学硕士学位论文摘要在对多足步行机器人研究现状和发展趋势进行分析的基础上,提出了一种液压驱动的四足步行机器人,完成了步行机器人机械结构优化设计以及运动学、动力学分析,并进行了虚拟样机仿真。液压驱动四足步行机器人关节较多、结构复杂,因此通过对昆虫等爬行动物的观察研究,了解其身体结构与步态,采用结构仿生与功能仿生的方式,实现了四足步行机器人机械结构的设计、建模。本文主要的研究工作包括:分析四足步行机器人机械系统中腿模块、腿一机体一腿模块的结构形式,各关节的合理布置、关节转角、腿节长度、腿在躯体上的安装型式及数量等问题,其中重点分析了腿机构中腿节长度的选择问题。从步行机器人运动速度、越障能力、足端运动空间以及灵活性等方面分析了腿节长度对步行机构的影响;分析了机体结构设计与步行机器人运动稳定性、角度规划之间的关系,并提取特征参数,给出了设计方法,综合优选出较为合理的结构参数。针对所建立的机械系统模型,建立了四足步行机器人的运动学方程,求得正解和逆解,确定关节空间和操作空间的关系。然后,利用拉格朗日方程建立了液压驱动四足步行机器人的综合动力学模型,为步行机器人的有效控制打下了基础。最后,对建立的四足步行机器人虚拟样机进行了运动学仿真,进一步分析了机械结构设计中存在的问题和解决的方案。关键词:多足步行机器人;液压驱动;机构设计;虚拟样机第
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武汉科技大学硕士学位论文第一章绪论课题研究背景和意义随着人们对机器人概念理解的深入,机器人的应用领域在不断扩大。尤其是足式移动机器人,由于它们可以在不平坦、未知的环境中行走,并承担某些危险工作,如可在燃烧着的建筑物、塌陷的煤矿、地震后的废墟、战场危险地带承担搜救工作或在其它行星表面进行勘探工作以及核燃料的处理、放射性材料运送等危险工作,同时,由于它们动作敏捷,适应能力强,可以高度自主自治,因此,多足步行机器人在军事、航天、工业等领域都有众所周知,液压系统具有体积小、输出功率大、响应快、精度高、跟踪能力强等特点,而在外星探测、战争、塌陷煤矿和地震废墟的搜救任务中,需要机器人在未知的危险环境中有良好的适应能力,并具有一定的承重能力,以充当侦察设备、武器系统、通信系统以及受伤人员等的载体,这样,液压多足步行机器人就具有明显的优势。,根据需要,可以组合成两足、四足和六足等多足步行机器人。采用模块化的腿机构设计方法有利于系统结构的设计,便于特征参数的提取、系统稳定性及单腿性能仿真和调试的实现。目前,步行机器人的智能控制是一门正在发展中的学科,尚未形成完善的理论体系,显然,本项目的提出和研究对于液压控制技术在步行机器人中的探索产生深远的影响,。斯坦福研究院腘和热耍曛醒兄瞥隽巳∶癝’的自主移动机器人,目的是研究应用人工智能技术,在复杂环境下系统的自主推理、规划和控制。与此同时,最早的操作式步行机器人也研制成功,从而开始了机器人步行机构方面的研究,以解决机器人在不平整地域内的运动问题,设计并研制出了多足步行机器人。其中最著名的是名为“年代末,随着计算机的应用和传感技术的发展,移动机器人研究又出现了新的高潮。始研制移动机器人平台,这些移动机器人主要作为大学实验室及研究机构的移动机器人实验平台,从而促进了移动机器人多学科、多种研究方向的出现。具有代表性的是日本东京第广泛的应用前景【。将对步行机器人的进一步应用提供更广阔的平台。钡牟叫谢魅恕緇特别是在年代中期,设计和制造机器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司开
武汉科技大学硕士学位论文一荡笱А慧啼5貉芯渴已兄频腡系列多足步行机器人】,,能够在危险的战争环境谐防年代以来,以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术,,以及高自主性为标志,丌展了移动机器人更高层次的研究。这要求机器人小但要具备完成各种任务的功能,而且还必须有白适应的运动规划和控制性能。如美国研制的用干航空领域的微型爬行机器人“’,该机器人外形很像蜘蛛,体积只有人头部的一半大小、重量轻,可以在不规则的星球表面爬行,美国将在术米的太空探测中使用它【保缤糏尽辏挛骼糃笱а制出了六足步行机器人“缤糽弧8没魅嗣刻跬茸愣硕甲坝腥Υǜ器,通过传感器信号自行改变身体姿态,能够在复杂未知环境中自凶撸揖哂薪虾玫第作业,如图所示。越障能力”⋯。—”
￡孵慧武汉科技大学硕士学位论文另外,为了进行火星不规则表面的探测及其它危险环境操作,直鹩