论文基于连杆机构四足仿生机器人运动学分析足迹优化是关于运动学方面的论文题目、论文提纲、人体运动学专业论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
摘 要：本文目的是验证仿生机器人腿部设计的合理性.在进行四足仿生机器人腿部设计时,大家往往采用大腿和小腿独立的开式设计.而闭式设计有控制简单、驱动数目少,进而减轻总体重量的优点.本设计中就是采用闭式的切贝谢夫连杆机构作为机器人的腿部.本文首先对该連杆机构进行运动学建模；其次对其进行运动学正反解计算；然后将分析的结果进行仿真,得出转角关系和轨迹曲线；再通过对比轨迹曲线,得到轨迹曲线对比仿真图；最后对四足仿生机器人进行轨迹优化和仿真,得到较好的运动结果.进而得出该连杆机构能够作为机器人的腿部并使机器人具有一定的重心稳定性的结论.
关键词：
机器人；仿生；运动学分析；仿真
中图分类号：TP 242 文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2017）01-0052-07
The Kinematics Analysis and Footprint Optimization of the FourLegged Bionic Robot Based on Linkage Mechanism
Han Xiaojian,Yang Weijie,Gao Huanyu,Zhou Yongkang
（School of Economics and Management,Beihang University,Beijing,100191）
Abstract：
The purpose of this paper is to verify the rationality of the design of the bionic robots legs.In the design process,the open design of thigh and leg is often used,but the closed design has the advantages of simple control,less driving and weight reduction.The closed Chebyshev linkage was used as the robots legs in this design.The kinematic modeling of the linkage mechanism was carried out firstly,then the forward and inverse solutions were calculated,and the results were simulated to draw the relationship between the angles and the curves.The curves contrast simulation diagrams were drew by comparing the curves.Finally,the trajectory optimization and simulation of the four legged bionic robot were conducted and the result was better.It was concluded that the linkage mechanism can be used as the leg of the robot and the robot has a certain stability of the center of gravity.
Keywords：
robot；bionics；kinematic analysis；simulation
0 引言
随着计算机技术和控制技术的发展,人们越来越多的关注四足仿生机械的研究.从国外看,很多国家如美国、日本、德国等,都从事了很多大型四足仿生机械的研究,有一部分已经投入市场.从国内看,很多高校都有专门的实验室从事该类机械的研究,在四足机械的各个方面也都有深入的探讨.四足仿生机器人应用在娱乐、军事和科研等多个领域[1-4].本文设计的大型四足仿生机器人应用于儿童乐园,要求能够实现前进、后退、蹲起和摇头等动作.无论在哪个领域的应用,都需要其有相当的可靠性,这就要求对四足仿生机器人进行有效合理的结构设计,尤其是关键部分,如起到支持作用的腿部的结构设计[5-8].
重量是行走机器人的重要考虑因素.很多足式机器人就是因为重量过大而驱动力不足造成行走不理想.对于腿部来说,减轻重量不仅要靠机械结构的设计,还要考虑到驱动系统本身的重量.一套驱动系统包括电动机、减速器、抱闸和控制器等,其重量跟所需的驱动力是正相关的.
此文本着减轻重量的基本思路,选择切贝谢夫连杆机构作为腿部.这种机构的大腿部分和小腿部分通过连杆连接,可以减少膝关节的驱动系统,又是采用的对角行走步态,所以可以使对角的一对腿部采用一个驱动系统,再次减少驱动系统的数目,从而降低整体的重量.首先运用数学计算的方法得到相应的数据结果,然后运用仿真软件进行仿真和对比.证明了切贝谢夫机构作为四足仿生机械腿部是可以实现椭圆的足底迹线,能够实现对角步态运动,且具有一定的重心稳定性.
1 运动学建模
切贝谢夫机构为连杆机构,它有一个曲柄、一个摆杆、两个连杆和一个足底杆组成.它的自由度为1,即给曲柄以相应的驱动就可以实现特定的运动.其结构简图如图1所示.
由连杆机构的几何关系,能够得到角度关系.设A点和 在水平方向上的距离为S1,竖直方向上的距离为S2,借助矢量表达,由水平位移和竖直位移分别对应相等,则能得到关系如公式（1）和（2）所示[9].
将z看做已知参数,将x,y看做未知数,将公式（9）和公式（10）联立,通过MATLAB求解二元方程组,可以将x,y分别用z表示.进而计算出θ3等于2arctany-2arctanx,θ4等于2arctanx,即求出了θ3,θ4和θ1的关系.θ2和θ1的数量关系,可由几何关系得到,如公式（11）所示.
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参考文献：
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