学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

双足机器人仿生足部运动机构研究

作　者: 李秀梅
导　师: 周建军
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 柔性足双足机器人足部机构柔顺机构仿生设计
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 153次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

双足机器人是与人类最接近的一种机器人,其关键技术就是双足步行,最大的特征就是能像人类一样行走,可以完成人类基本的运动功能,尽管目前在仿人机器人领域已经取得了很大的成果,但相对于人类行走,怎样提高在行走过程中步态的稳定性、灵活性、行走速度以及独立性等仍然是个很大的挑战。由于足部是在行走过程中唯一与地面直接接触的机构,直接受到地面的反作用力,因此足部与地面的接触情况以及缓解冲击的重要性就显而易见。本文主要针对双足机器人仿生足部运动机构开展研究,主要工作如下:1、分析了双足机器人足部关节研究的目的及意义,归纳了各种类型的足部机构的优缺点,综述了国内外的研究,提出从仿生学的角度利用柔顺机构学原理解决足部结构设计的可行性。2、结合解剖学、人体运动力学、仿生学和柔顺机构学等相关知识,分析足部关节的结构及其各部分(骨骼、肌肉)的运动功能,通过对人体行走步态的研究,分析足部关节抗冲击、减震、储能等方面的结构特征,为仿生柔顺节能足的进一步的研究提供了基础依据。3、根据双足机器人在行走过程中脚趾的运动特征,提出了脚趾与脚掌的连接方法。应用柔顺机构原理,设计了三种不同的柔顺机构模型。利用SolidWorksSimulation软件中的非线性分析方法,对以上三种柔顺机构进行了计算与优化,比较分析应力与位移大小。设计了一种适用于“脚跟着地,脚尖离地”行走步态的脚趾柔顺铰链,为以后的行走方式的改变提供了可能。4、从仿生学的角度出发,完成了仿生足单元的整体结构设计。根据路面状况优化了脚趾结构和脚跟结构,使其对地面具有更好的适应性,同时,对脚跟冲击吸收机构进行了分析和优化。由于避震器具有良好的冲击吸收功能,在此采用了避震器与弹簧板相结合的机构。根据所确定的避震器参数,对弹簧板进行有限元分析。最后,完成了橡胶脚底层材料以及六维力力矩传感器的选择。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-25
  1.1 课题研究的背景和意义  11-12
  1.2 双足机器人国内外发展现状及研究趋势  12-18
    1.2.1 国外发展现状  12-16
      1.2.1.1 日本研究现状  12-16
      1.2.1.2 美国研究现状  16
    1.2.2 国内发展现状  16-18
  1.3 双足机器人行走稳定性的研究  18-22
    1.3.1 双足机器人的基本概述  18
    1.3.2 仿人机器人下肢自由度的设置  18-20
    1.3.3 足部机构的设计  20-22
  1.4 课题来源及本论文研究的主要内容  22-24
    1.4.1 研发课题来源  22-23
    1.4.2 本论文研究的主要内容  23-24
  1.5 本章小结  24-25
2 双足机器人简易脚掌模型分析  25-36
  2.1 概述  25
  2.2 仿生机构的基本理论  25-26
  2.3 人体足部的构成及特征  26-28
    2.3.1 足部骨骼分析  26-27
    2.3.2 脚部肌肉解剖分析  27-28
  2.4 双足机器人行走特点  28-31
    2.4.1 静态步行  29
    2.4.2 动态步行  29-31
  2.5 足部的力学特征  31-34
    2.5.1 足部的生物力学特征[ 4 9]  31-32
    2.5.2 足部的力学特征  32-33
    2.5.3 足——地接触力  33
    2.5.4 基于仿生学的简化方法  33-34
  2.6 足部机构  34-35
  2.7 本章小结  35-36
3 柔性铰链的设计与分析  36-48
  3.1 概述  36-37
  3.2 大变形柔顺机构的概念  37-40
    3.2.1 柔顺机构及其分类  37-38
      3.2.1.1 柔顺机构  37
      3.2.1.2 柔顺机构的分类  37-38
    3.2.2 柔顺机构的储能特性  38
    3.2.3 柔顺机构特点  38-39
    3.2.4 大变形柔顺机构  39-40
  3.3 伪刚体模型  40-41
  3.4 大变形柔性铰链  41-43
  3.5 柔顺机构的研究方法  43-44
  3.6 脚趾与脚跟柔性部件的设计  44-47
    3.6.1 LO LA 足部结构的设计  44-46
    3.6.2 脚部结构简图的设计  46-47
  3.7 本章小结  47-48
4 仿生足柔顺机构的设计与分析  48-63
  4.1 概述  48
  4.2 柔顺机构的设计与分析  48
  4.3 SOLIDWORKS 简介  48-50
    4.3.1 S ol i dW or ks 非线性分析  48-49
    4.3.2 有限元分析  49-50
  4.4 柔顺铰链的三维设计与静力学分析  50-58
    4.4.1 脚跟弹簧板的设计  50-52
    4.4.2 脚趾柔性铰链  52-58
      4.4.2.1 平行四边形机构  52-54
      4.4.2.2 带凹口的双平行四边形柔顺机构  54-56
      4.4.2.3 带圆形柔顺铰链的双平行四边形机构  56-58
  4.5 结果分析  58
  4.6 弹簧及其分类  58-62
    4.6.1 弹簧的功能  58-59
    4.6.2 弹簧的分类  59
    4.6.3 扭簧的设计  59-62
  4.7 本章小结  62-63
5 双足机器人足部的结构设计  63-78
  5.1 概述  63
  5.2 足部的整体结构设计  63-66
    5.2.1 研究的主要内容  63
    5.2.2 研究目标  63
    5.2.3 整体结构设计  63-66
  5.3 脚趾结构设计  66-69
    5.3.1 脚趾结构对适应地面的影响  66-67
    5.3.2 脚趾结构的设计  67-68
    5.3.3 脚趾机构的作用  68-69
  5.4 脚跟冲击吸收机构  69-72
    5.4.1 避震器  69-71
    5.4.2 传动三角与轴承  71-72
    5.4.3 弹簧板  72
  5.5 脚板及其橡胶脚底层  72-73
  5.6 六维力力矩传感器  73-75
  5.7 实验分析  75-77
  5.8 本章小结  77-78
6 总结与展望  78-80
  6.1 总结  78-79
  6.2 展望  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
附录  85

双足机器人仿生足部运动机构研究

内容摘要

全文目录

相似论文