具有弹性躯干仿生猎豹机器人的设计与仿真

摘要

仿生机器人的研究越来越受人们关注，尤其是四足仿生机器人。本论文以提高仿生猎豹机器人运动快速性和灵活性为目标，研究四足仿生机器人在高速运动步态下有无弹性躯干关节对其运动性能的影响。以及对设计的仿生猎豹机器人应用虚拟样机技术对其奔跑运动进行仿真分析。
　　首先，大量查阅国内外各种四足仿生机器人文献，分别列举出仿生机器人主要研究内容和方向。发现传统四足仿生机器人设计主要集中在腿部关节的设计，对其脊柱关节的仿生设计简化成一刚性。由此提出一种具有弹性躯干关节的仿生猎豹机器人模型设计思路，并利用三维建模软件 Pro/E建立仿生猎豹机器人的三维模型。
　　其次，建立猎豹机器人奔跑运动数学模型，并对其奔跑步态的四个运动相进行运动学和动力学分析。列出猎豹机器人在四个运动相的运动方程。采用庞加莱映射方法对具有弹性躯干关节的猎豹机器人运动稳定性进行研究。
　　最后，利用虚拟样机技术对具有弹性躯干与刚性躯干模型进行对比仿真分析，以及对机械前、后腿和整体仿生猎豹机器人跳跃奔跑仿真分析。总结得出：具有弹性躯干关节的仿生猎豹机器人其奔跑跳跃性能得到提高，跳跃高度更高、能量损耗低和运动速度更快等优点。