具有可變剛度的四足機器人仿生脊柱設(shè)計與應用研究.pdf

1、現(xiàn)有的四足機器人軀干以剛體為主，剛性軀體的仿生四足機器人平臺由于無法充分利用四足哺乳動物例如獵豹等身體的重要機能—脊柱在動物奔跑中的作用，而無法實現(xiàn)靈活的運動和快速奔跑。
　　受獵豹等四足哺乳動物在快速奔跑時利用其柔順脊柱上下彎曲實現(xiàn)高速運動和在轉(zhuǎn)彎運動過程中利用其柔順脊柱左右側(cè)向彎曲實現(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器人仿生脊柱，并將其應用于四足機器人DCatⅡ。通過改變仿生脊柱在pitch(俯仰)和y

2、aw(偏轉(zhuǎn))兩個方向上的剛度，提高四足機器人的運動的速度和靈活性。論文完成的主要工作如下:
　　通過對獵豹的身體結(jié)構(gòu)和軀干運動特征進行觀察，提出了一款具有可變剛度的四足機器人仿生脊柱，對仿生脊柱進行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。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。同時設(shè)計了采用螺旋傳動的仿生脊柱的剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)，完成了仿生脊柱的靜剛度特性測試實驗。
　　針對設(shè)計的

3、四足機器人仿生脊柱，利用柔順機構(gòu)學偽剛體模型法建立兩端同時受力的偽剛體模型分析仿生脊柱的力學特性，并對脊柱進行了有限元力學仿真分析。
　　改造實驗室現(xiàn)有的四足機器人DCat的硬件結(jié)構(gòu)，編寫了四足機器人DCatⅡ的控制程序，并設(shè)計實驗研究仿生脊柱對機器人足端力、脊柱整體剛度對運動速度和脊柱在yaw方向剛度值的大小對機器人轉(zhuǎn)彎半徑的影響。
　　實驗結(jié)果顯示，仿生脊柱可以減小足端力，四足機器人DCatⅡ可以利用柔順脊柱的上下彎曲增