發(fā)布時間：2021-11-10 03:40

　　四足機器人是足式機器人中穩(wěn)定性較好且易于控制的一類機器人。其結構復雜程度和冗余程度比較低,離散化的足端運動軌跡可以適應相對復雜的運動環(huán)境。四足機器人斜坡運動是四足機器人重要的運動環(huán)境之一,一直是四足機器人控制研究中的難點。在四足機器人斜坡運動的高效化、合理化方面,一直缺乏相應的基礎理論研究。仿生學的發(fā)展為四足機器人斜坡運動能力的提升提供了新的研究思路。研究具有較好斜坡運動穩(wěn)定性的四足動物運動特性,可以用于四足機器人斜坡運動的仿生設計。本文主要是,以山羊為研究對象,通過對山羊的斜坡運動進行實驗研究,分析斜坡坡度對山羊斜坡運動時的運動學和動力學特性影響,并進行特征提取及分析�；谏窖蜻\動特性的研究,進行四足機器人的結構和驅動仿生設計,并通過多體動力學軟件進行仿真實驗驗證。為了研究山羊斜坡運動學和動力學特性,采用高速攝像機對山羊進行不同坡度（10°、20°和30°）的上下坡運動學實驗,得到不同坡度條件下,山羊四肢關節(jié)夾角的運動變化數(shù)據(jù),并進行數(shù)據(jù)處理與曲線擬合分析,獲得山羊上下坡運動的關節(jié)運動曲線及其運動學方程。比較分析前后肢各關節(jié)角上下坡的運動學特性,結果表明隨著坡度的增大,前后肢各關節(jié)的... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

絕影

第一章緒論7圖1.11ZMP圖1.12基于ZMP的四足機器人在四足機器人的坡面運動研究方面，已產(chǎn)生了一定的成果，且隨著相關領域交叉學科的建設和發(fā)展，四足機器人斜坡運動所涉及到的技術領域也越來越廣。但在四足機器人復雜地形運動研究中，仍存在許多不足，最主要的是在基礎運動理論缺乏相應的依據(jù),參考一些四足動物的復雜地形的運動，研究其運動機理，并進行四足機器人結構的仿生設計與運動仿生控制，可以提升四足機器人的運動適應性，拓展四足機器人的應用領域。1.4山羊運動機理研究現(xiàn)狀山羊軀干離地高，骨骼堅實，四肢強壯，前肢比后肢粗壯有力，運動步態(tài)輕快敏捷，相對于其他偶蹄動物而言，軀干更小，足底附著能力更強，山羊表現(xiàn)出優(yōu)越的平衡能力和運動能力，可以快速地在峭壁上輾轉騰挪，并始終保持身體的平衡和穩(wěn)定，同等類型的四足動物很難實現(xiàn)[35]。山羊這種典型的有蹄類動物，軀干剛度相對于一些貓科動物而言較大，卻擁有非常好的運動平衡性，攀巖能力和地形適應能力很強，具有很好的研究價值。系統(tǒng)地研究山羊的運動特性，提取相關的運動參數(shù)進行數(shù)值建模，并將其相應的運動模式進行程式化，應用于四足機器人設計中，有助于提升四足機器人的運動能力，同時相關研究工作也具有一定難度。國內外對山羊生物運動機理已有一定研究。哈佛大學的一些學者通過實驗，記錄分析山羊在平地和15°斜坡運動的關節(jié)角隨時間的變化，基于山羊關節(jié)轉角和力矩，建立單腿的串行關節(jié)彈簧模型�；谀Ｐ头治錾窖蚯昂笾\動時關節(jié)力矩的變化情況[36]。加拿大伯納比西蒙弗雷澤大學和哈佛大學開展了山羊的運動試驗，對山

吉林大學碩士學位論文12圖2.1波爾山羊本文主要是通過對山羊運動姿態(tài)的研究和相關動力學試驗的數(shù)據(jù)分析來探討山羊斜坡運動的運動學和動力學特性，山羊的骨骼結構特征，主要是通過查找相關資料獲得，波爾山羊主要的軀體骨骼構成如圖2.2所示。山羊在斜坡運動過程中，主要是靠四肢關節(jié)的耦合運動推動身體沿斜坡運動，上下坡的運動過程中，頭部的調節(jié)對于身體質心的驅動也有一定的作用，山羊脊椎在斜坡運動中，變化幅度較小，因此，本文主要選擇山羊四肢及其關節(jié)進行山羊運動中的相關研究。試驗所選取的波爾山羊的主要尺寸如表2.1所示：圖2.2波爾山羊骨骼結構1.頭骨2.下頜骨3.頸椎4.胸椎5.肩胛骨6.肱骨7.橈骨8.尺骨9.腕骨10.掌骨11.指骨12.胸骨13.肋骨14.肋軟骨15.腰椎16.薦椎17.尾椎18.髖骨19.股骨20.小腿骨21.跗骨22.跖骨23.趾骨表2.1實驗山羊尺寸山羊身體結構腰椎胸椎股骨小腿骨跖骨肱骨尺骨掌骨尺寸（cm）4020222422182018


本文編號：3486502