仿牛步态四足机器人腿蹄及柔性关节的研究

摘要

四足机器人是一种典型的机器人，与轮式和履带式机器人相比，具有更好的机动性和适应复杂地形的能力，其研究具有重要的科学意义和实际应用价值。为了实现在山地、泥地、沼泽等复杂揉面路面上作业及运输物资的目的，本文对可应用于柔软地面的仿牛步态机器人的腿蹄部分进行设计，以达到该型机器人能在柔软地面持续稳定行走的能力，并进行虚拟样机的仿真分析。
　　首先，在分别对国内外各种重载机器人和四足机器人总结分析的基础上，指出传统典型四足机器人的腿部结构的局限性，由此提出新型仿生腿部系统利于四足机器人在柔软地面的行走。针对四足机器人的小跑运动、行走步态对模型进行简化，并根据牛腿特点，得出腿部设计的数学模型。在此基础上，对于四足机器人仿生牛腿和牛蹄进行了设计，并与传统的牛蹄进行了对比。根据对牛在水田里行走的特点，本文对于牛的身体结构和运动形态进行了研究，并对于腿部结构和关节进行的分析。根据已有对于牛的腿部运动学的研究，分析牛运动过程中形成的简化数学模型，为设计能在柔软地面行走的四组机器人提供相应的参考。并通过对仿生机器腿低模块化分析和仿真，得到用较低复杂性的组件设计仿生机械腿的基础，为我们简化设计仿牛机械腿提供了思路和理论支撑。并根据牛的偶蹄特性，分析了牛蹄在柔软地面环境下对于持续稳定行走起到的作用，建立了仿生机器人脚掌与地面受力作用的模型，并分析受力作用过程中，法向应力、切向应力及扭矩的变化情况。
　　最后，利用ADAMS软件和ABAQUS软件建立了仿牛步态机器人在柔性地面的步态运动虚拟仿真模型，通过对于机械腿在空中步态的仿真，以及两种不同脚掌在柔性地面的仿真。得出仿牛蹄脚掌可促使机器人在柔软地面持续稳定前行。

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１ 绪论

1.1 引言

1.2课题概述

1.3国内外机器人研究概况

1.4 松软地面行走机构的研究进展

1.5本论文的主要研究内容

1.6本论文创新点

2 四足仿生机器人总体设计

2.1四足仿生机器人结构

2.3仿牛四足机器人设计思路

2.4牛在行走步态的分析

2.5本章小结

3. 机械腿低组件结构仿真与探究

3.1 仿真实验数据和条件设置

3.2 腿部运动学图元分析

3.3 中枢模式振荡器的运动控制

3.4仿真结果分析

3.5结合数据

3.6本章小结

4 仿生牛蹄在不同地面情况行走的研究

4.1 地面力学研究

4.2 脚掌接触地面推导

4.3 本章小结

5 仿生牛机器人腿部及脚掌（牛蹄）仿真实验

5.1 四足机器人运动步态

5.2 仿牛机器人脚掌（牛蹄）轨迹规划与虚拟样机建模

5.3 仿生牛机器人脚掌（牛蹄）与地面接触仿真

5.4 本章小结

6结 论

6.1 小结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研情况