基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析

摘要

近年来，多足步行机器人的研究日益受到国内外众多机器人研究者的重视，已成为机器人研究的一个重要分支。目前，常见的步行机器人有二足式、四足式、六足式。其中，四足步行机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，既能以静态步行方式实现慢速行走，又能以动态步行方式实现高速行走。因此，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，其研制工作一直受到重视。本文在分析国内外四足机器人研究现状的基础上，提出了一种被动式四足机器人的本体结构，并对其进行了深入分析。
　　本文在结合山东科技大学研究生创新基金项目“复杂环境下负重四足机器人的运动学与动力学研究”的研究基础上，通过对原样机的试验与分析，提出了一种被动式四足机器人机械本体结构。利用D-H法对被动式四足机器人进行运动学分析，给出了运动学方程的正、逆求解，并得出了机器人的速度雅可比矩阵。利用虚拟样机技术，完成了基于UG的三维建模，并将其导入ADAMS中，对被动式四足机器人对角小跑的典型步态进行了运动学建模与仿真分析。结合被动式四足机器人的行走环境,进行了动力学仿真，分析了机器人的影响动力学特性不稳定的因素，为基于被动式四足机器人的优化设计提供了另一种方法。
　　该机器人通过加工制造与装配，在实验室条件下进行试验。经实验证明：该机器人成功完成对角小跑步态，具有结构紧凑、体积小、重量轻、控制简单等特点。

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Contents

1 绪 论

1.1 课题来源及意义

1.2 四足机器人的发展现状

1.3 四足机器人运动学与动力学分析研究

1.4 课题主要研究内容和创新点

1.5 本章小结

2 基于被动式四足机器人的腿部机构结构设计

2.1 四足机器人的腿部机构类型选择

2.2 基于被动式四足机器人腿部机构设计

2.3 基于被动式四足机器人的结构设计及参数化建模

2.4 基于被动式四足机器人的步态分析

2.5 本章小结

3 基于被动式四足机器人的运动学分析

3.1 引 言

3.2 运动学分析的数学基础

3.3 基于被动式四足机器人的运动学分析

3.4 基于被动式四足机器人的速度雅可比矩阵

3.5 本章小结

4 基于被动式四足机器人的运动学仿真

4.1 ADAMS软件简介

4.2 基于被动式四足机器人虚拟样机仿真

4.3 基于被动式四足机器人的运动学仿真

4.4 基于被动式四足机器人的运动学仿真分析

4.5 本章小结

5 基于被动式四足机器人的动力学分析

5.1 拉格朗日方程

5.2 基于被动式四足机器人的动力学建模

5.3 本章小结

6 基于被动式四足机器人的动力学仿真

6.1 ADAMS中机械本体模型的建立

6.2 基于被动式四足机器人的关节分析

6.3 实验样机验证

6.4 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况