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.pdf

1、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DCatⅡ。通過改變仿生脊柱在pitch(俯仰)和y

2、aw(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組成，椎骨和椎間盤采用四葉草結(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試實(shí)驗(yàn)。
　　針對(duì)設(shè)計(jì)的

3、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