含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人脊柱剛度特性研究.pdf

1、目前含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人在機(jī)器人領(lǐng)域備受關(guān)注。起初，機(jī)器人專家研究的是剛性軀干四足機(jī)器人，研究重點(diǎn)是通過改變控制算法來提高四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，而忽略了四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，部分專家認(rèn)為四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有研究的必要，只需要仿照動(dòng)物的骨骼結(jié)構(gòu)即可[1]，這樣得到的四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能不能滿足人們的要求。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，四足哺乳動(dòng)物在運(yùn)動(dòng)的過程中，具有脊柱運(yùn)動(dòng)，并且脊柱運(yùn)動(dòng)能夠提高四足哺乳動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)速度、能量利用效率和穩(wěn)定性。現(xiàn)在對四足

2、機(jī)器人的脊柱特性的研究幾乎處于空白，而深入研究四足機(jī)器人的脊柱特性能夠?qū)λ淖銠C(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，能幫助了解四足哺乳動(dòng)物脊柱的作用機(jī)理。
　　本文首先對獵豹的骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，建立了含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人的簡化模型，根據(jù)第二類拉格朗日方程推導(dǎo)了含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人簡化模型的動(dòng)力學(xué)方程，并依據(jù)彈簧-桿模型周期運(yùn)動(dòng)的生成方法，得到了搜索含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人產(chǎn)生周期運(yùn)動(dòng)初始條件的方法，并對含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人的周期運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。

3、r>　　其次，研究了含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人的脊柱剛度特性。分析了脊柱剛度對運(yùn)動(dòng)速度的影響，并根據(jù)含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性，得到了能直接反應(yīng)脊柱關(guān)節(jié)角度的動(dòng)力學(xué)方程，討論了將脊柱剛度設(shè)定為常數(shù)的局限性，在此基礎(chǔ)上研究了脊柱的剛度特性，并提出了脊柱剛度的設(shè)定策略。
　　然后，對含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人的脊柱剛度特性曲線進(jìn)行了優(yōu)化。以含脊柱關(guān)節(jié)四足機(jī)器人的穩(wěn)定性為優(yōu)化指標(biāo)，并以步態(tài)靈敏度系數(shù)為優(yōu)化準(zhǔn)則，以單純形法為優(yōu)化方法對脊柱剛度特