本文關(guān)鍵詞：具有可變剛度的四足機(jī)器人仿生脊柱設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)有的四足機(jī)器人軀干以剛體為主,剛性軀體的仿生四足機(jī)器人平臺(tái)由于無(wú)法充分利用四足哺乳動(dòng)物例如獵豹等身體的重要機(jī)能—脊柱在動(dòng)物奔跑中的作用,而無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活的運(yùn)動(dòng)和快速奔跑。受獵豹等四足哺乳動(dòng)物在快速奔跑時(shí)利用其柔順脊柱上下彎曲實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)和在轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)過(guò)程中利用其柔順脊柱左右側(cè)向彎曲實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎等場(chǎng)景的啟發(fā),本文提出了一款具有可變剛度的四足機(jī)器人仿生脊柱,并將其應(yīng)用于四足機(jī)器人DCat Ⅱ。通過(guò)改變仿生脊柱在pitch(俯仰)和yaw(偏轉(zhuǎn))兩個(gè)方向上的剛度,提高四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的速度和靈活性。論文完成的主要工作如下：通過(guò)對(duì)獵豹的身體結(jié)構(gòu)和軀干運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行觀察,提出了一款具有可變剛度的四足機(jī)器人仿生脊柱,對(duì)仿生脊柱進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。仿生脊柱具有胸椎、腰椎和骶椎三部分,每部分均由不同厚度的剛性椎骨和彈性椎間盤(pán)組成,椎骨和椎間盤(pán)采用四葉草結(jié)構(gòu)形狀。同時(shí)設(shè)計(jì)了采用螺旋傳動(dòng)的仿生脊柱的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),完成了仿生脊柱的靜剛度特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。針對(duì)設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人仿生脊柱,利用柔順機(jī)構(gòu)學(xué)偽剛體模型法建立兩端同時(shí)受力的偽剛體模型分析仿生脊柱的力學(xué)特性,并對(duì)脊柱進(jìn)行了有限元力學(xué)仿真分析。改造實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的四足機(jī)器人DCat的硬件結(jié)構(gòu),編寫(xiě)了四足機(jī)器人DCatⅡ的控制程序,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究仿生脊柱對(duì)機(jī)器人足端力、脊柱整體剛度對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和脊柱在yaw方向剛度值的大小對(duì)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,仿生脊柱可以減小足端力,四足機(jī)器人DCatⅡ可以利用柔順脊柱的上下彎曲增大跨步長(zhǎng)以提高其運(yùn)動(dòng)速度,合理選擇仿生脊柱在yaw方向剛度的值可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。
【關(guān)鍵詞】：四足機(jī)器人 仿生脊柱 模塊化 可變剛度
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-28
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 四足哺乳動(dòng)物脊柱的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特征11-13
• 1.3 柔順脊柱在四足機(jī)器人中的應(yīng)用13-14
• 1.4 柔順脊柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制14-24
• 1.4.1 主動(dòng)柔順脊柱14-20
• 1.4.2 被動(dòng)柔順脊柱20-22
• 1.4.3 可變剛度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方法22-24
• 1.5 柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析方法24-26
• 1.5.1 偽剛體模型法24-25
• 1.5.2 多剛體離散元法25-26
• 1.6 主要研究?jī)?nèi)容及論文章節(jié)安排26-28
• 2 具有可變剛度柔順脊柱的仿生學(xué)設(shè)計(jì)28-44
• 2.1 可變剛度柔順脊柱的設(shè)計(jì)28-35
• 2.1.1 獵豹身體結(jié)構(gòu)及軀干運(yùn)動(dòng)特征28-30
• 2.1.2 柔順脊柱的剛度調(diào)節(jié)原理30-32
• 2.1.3 柔順脊柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-33
• 2.1.4 柔順脊柱的材料選擇33-34
• 2.1.5 剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)34-35
• 2.2 可變剛度柔順脊柱的剛度調(diào)節(jié)特性曲線35-41
• 2.2.1 剛度特性測(cè)試平臺(tái)搭建35-37
• 2.2.2 剛度特性實(shí)驗(yàn)37-38
• 2.2.3 整體剛度大小可調(diào)實(shí)驗(yàn)38-40
• 2.2.4 剛度方向可調(diào)實(shí)驗(yàn)40-41
• 2.3 本章小結(jié)41-44
• 3 柔順脊柱力學(xué)特性分析44-52
• 3.1 兩端同時(shí)受力的柔順脊柱力學(xué)建模44-48
• 3.2 脊柱強(qiáng)度與變形有限元仿真48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-52
• 4 具有可變剛度柔順脊柱的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)52-66
• 4.1 四足機(jī)器人平臺(tái)DCatⅡ52-58
• 4.1.1 硬件平臺(tái)及結(jié)構(gòu)改造53-55
• 4.1.2 控制軟件55-58
• 4.2 剛性脊柱和柔順脊柱對(duì)機(jī)器人足端力的影響58-59
• 4.3 柔順脊柱整體剛度對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度的影響59-62
• 4.4 柔順脊柱的剛度方向?qū)C(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑的影響62-64
• 4.5 本章小結(jié)64-66
• 5 總結(jié)與展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果72-76
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集76

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