六足减灾救援仿生机器人虚拟样机研究

论文摘要

自然界的爬行类动物,经过不断的进化,形成了良好的运动机制(平稳性、协调性、柔顺性)、感知周围环境的能力。基于仿生机器人关键技术问题、仿生运动系统、运动建模和减灾救援的特殊环境场合,我们提出依据仿生甲虫来研究用于减灾救援等活动的“六足仿生机器人”课题。在人类所从事的一切活动中,存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合,比如外星球探测、深海探测、减灾救援等。多足爬行类生物在复杂多变的地形环境下,表现出很好的适应能力。因此,多足仿生机器人的研究对减灾救援,比如地震救援、森林火灾巡检与灾后救援等具有重要的现实意义。论文基于六足甲虫生物原型的结构、运动机制,运用仿生机器人技术,虚拟样机技术,建模与仿真技术,开展了六足减灾救援仿生机器人虚拟样机研究。(1)论述了课题的来源和课题研究的目的及意义,以及与本课题相关的国内外六足仿生机器人的研究现状和论文研究的主要内容。(2)基于六足甲虫的结构特性,建立了六足仿生机器人的结构模型。根据六足甲虫的三足步态特征,研究分析了六足仿生机器人的步态,包括直线行走步态和转弯步态。(3)依据机器人运动学理论进行了六足仿生机器人的运动学分析,给出了支撑腿和摆动腿的运动学正解、逆解,并分别对支撑腿和摆动腿进行了速度分析。(4)基于机器人动力学理论开展了六足仿生机器人动力学研究,对机器人的支撑腿和摆动腿分别进行了动力学分析,建立了动力学模型,给出了动力学方程及其解。(5)运用仿真软件ADAMS进行虚拟样机研究。对六足仿生机器人直线行走、转弯和避障分别进行仿真,其中避障仿真包括突起地面和凹陷地面,通过所得的数据曲线分析机器人运动平稳可行。上述工作,为课题的进一步研究奠定了理论和技术基础。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 仿生机器人研究现状
• 1.3.1 国外仿生机器人研究现状
• 1.3.2 国内仿生机器人研究现状
• 1.4 虚拟样机技术研究现状
• 1.5 课题研究的主要内容
• 1.6 小结
• 第2章 六足仿生机器人结构设计与步态规划
• 2.1 引言
• 2.2 六足甲虫结构特征
• 2.3 六足甲虫步态分析
• 2.4 六足仿生机器人结构设计
• 2.5 六足仿生机器人步态规划
• 2.5.1 六足仿生机器人直行步态
• 2.5.2 六足仿生机器人转弯步态
• 2.6 小结
• 第3章 六足仿生机器人运动学、动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 坐标系的建立
• 3.3 六足仿生机器人运动学分析
• 3.3.1 摆动腿运动学正解
• 3.3.2 摆动腿运动学逆解
• 3.3.3 支撑腿运动学正解
• 3.3.4 支撑腿运动学逆解
• 3.4 六足仿生机器人速度分析
• 3.4.1 摆动腿速度分析
• 3.4.2. 支撑腿速度分析
• 3.5 六足仿生机器人动力学分析
• 3.5.1 摆动腿动力学分析
• 3.5.2 支撑腿动力学分析
• 3.6 小结
• 第4章 六足仿生机器人虚拟样机设计
• 4.1 引言
• 4.2 虚拟样机构建
• 4.3 直行仿真
• 4.3.1 机器人质心的位移、速度测量
• 4.3.2 各个关节转角的测量
• 4.3.3 各个关节角速度的测量
• 4.3.4 腿部各节动能测量
• 4.4 转弯仿真
• 4.4.1 机器人质心的位移测量
• 4.4.2 各个关节转角的测量
• 4.4.3 各个关节角速度的测量
• 4.4.4 腿部各节动能测量
• 4.5 避障仿真
• 4.6 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 引言
• 5.2 作者的工作
• 5.3 展望
• 参考文献
• 硕士期间论文发表及所获奖项
• 详细摘要
• Abstract