仿生機器人足端與地面相互作用機制及實驗研究.pdf

1、在一些復雜環(huán)境中，傳統(tǒng)移動平臺的環(huán)境適應能力和靈活性已經(jīng)不能滿足要求。在千萬年的進化中，足式動物憑借極強的環(huán)境適應能力，逐漸成為陸生生物的霸主，各國研究者紛紛開始了足式移動平臺的研究。足式機器人可以在山地、沼澤、沙地等苛刻環(huán)境中完成作戰(zhàn)、排爆和物資運輸?shù)裙ぷ?。足端作為足式機器人與地面環(huán)境之間的唯一載體，決定著四足機器人的靈活性和負載能力。本文以四足機器人的足端與地面的相互過程為研究對象展開研究工作。
　　本文首先調(diào)查研究了當前世界

2、各國足式機器人發(fā)展概況和足式機器人足端的研究進展，淺析了研究足端對多足步行機器人推進力、支撐力、穩(wěn)定性、步態(tài)控制等方面的重要作用，并指出了足式機器人足端研究瓶頸。研究的主要內(nèi)容有:四足機器人足端與地面相互作用的理論模型的建立，符合仿生學原理的仿生機械腿的設計，基于3D打印技術(shù)的仿生馬蹄的研制及單腿運動學和動力學分析，足-地相互作用測試平臺的搭建和實驗研究，具體內(nèi)容如下:
　　(1)將當前各國研制的四足機器人足端歸納為四大類:平底形

3、足端、圓柱形（半圓柱形）足端、球形（半球形）足端及不規(guī)則足端（含仿生足端）。同時根據(jù)彈性大小將與足端作用的地面分為硬質(zhì)地面和松軟地面。根據(jù)地面力學理論和含間隙球鉸鏈動力學理論，對前三種典型足端分別建立其與兩種地面環(huán)境下的足-地作用模型，推導出豎直方向力Fn和側(cè)向力Fτ的公式表達。
　　(2)搭建了一款仿生單腿足-地相互作用測試平臺并以四足哺乳動物為研究對象開展仿生學研究，設計了一條二自由度仿生機械腿原理樣機;然后通過D-H法進行了