【摘 要】
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四足机器人因其灵活的运动方式得到了广泛应用,但是其中大部分由于采用串联关节型结构增大了单腿运动惯性,同时由于机器人足端在运动过程中与支撑面之间存在冲击载荷,机器人
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四足机器人因其灵活的运动方式得到了广泛应用,但是其中大部分由于采用串联关节型结构增大了单腿运动惯性,同时由于机器人足端在运动过程中与支撑面之间存在冲击载荷,机器人的工作效率和稳定性难以保证。本文针对目前四足机器人这两项缺点,对基于变刚度柔性关节的四足机器人进行了机构设计及分析。主要研究内容如下:1.从仿生学角度分析了德国牧羊犬的骨骼结构及运动缓冲机理,针对变刚度柔性关节的特点以五杆机构为基础提出了一种串并混联机构并验证了其作为四足机器人单腿机构的可行性及合理性;在SolidWorks中构建了四足机器人三维模型并对关键零部件进行了应力分析及强度校核。2.应用D-H法对四足机器人单腿机构进行了运动学分析,推导了机器人单腿运动学方程,通过机体坐标系与单腿基础坐标系之间的变换矩阵推导了机器人整机运动学方程,求解了四足机器人足端雅克比矩阵。3.通过三维模型分析了机器人足端可达工作空间的约束条件,运用数值法在MA TLAB中生成了足端工作空间云图并对其进行了分析,推导了机器人单腿机构奇异位形,验证了机构运动的可靠性及安全性,推导出了机器人驱动关节与足端之间的力雅克比矩阵。4.分析了犬类动物足端运动特点,运用改进的复合摆线法进行了四足机器人足端运动轨迹规划,应用MATLAB和ADAMS对机器人单腿直行运动进行了仿真,通过分析机器人单腿各关节的角速度曲线及角加速度曲线变化情况,验证了轨迹曲线的合理性,为后续运动控制奠定了基础。
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