仿生蚱蜢机器人腿部机构的优化设计

发布时间：2024-03-14 23:33

　　以昆虫为仿生对象的跳跃机器人具有尺寸小,质量轻,构造精巧,跳跃性能强大的特点,在复杂、极端、特殊的工作环境具有广阔的发展前景。蚱蜢是昆虫界的“跳跃专家”,蚱蜢的最大跳跃距离可达身长的10到30倍,本文以蚱蜢为仿生对象,在对蚱蜢生物原型进行研究的基础上,建立了仿蚱蜢机器人机构模型,并对模型进行了运动学与动力学的分析和仿真,为研制出仿蚱蜢机器人的试验样机建立提供理论基础。本文在对生物学蚱蜢跳跃运动进行研究和通过试验对蚱蜢身体结构尺寸提取分析后,建立了仿蚱蜢跳跃机器人的机构模型。并在满足功能目标的前提下,进行适当的简化,简化为单腿的平面四杆机构模型。根据建立的机构模型的基础上,建立D-H坐标系,从正运动学和逆运动学两方面对仿蚱蜢机器人的起跳阶段进行了分析,得到了起跳阶段各关节相对于质心的位姿变化与关节角变化关系。并通过速度方向可操作度来衡量蚱蜢在不同位形下起跳的速度传递性能。在运动学分析的基础上,根据第二类拉格朗日动力学方程建立动力学模型对仿蚱蜢跳跃机器人的起跳阶段进行分析,并得到了各关节驱动力矩的变化规律,通过动力学平衡法方程建立优化模型,对机器人的机构参数进行优化。最后,利用ADAMS软...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的来源、目的及意义
    1.2 仿生跳跃机器人国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 仿生学研究主要方法
        1.3.1 理论分析法
        1.3.2 数学分析法
        1.3.3 几何分析法
        1.3.4 计算机仿真法
        1.3.5 相似模拟法
    1.4 主要研究内容
    1.5 本章小节
第二章 跳跃机器人机构模型的建立
    2.1 引言
    2.2 蚱蜢的生物原型
        2.2.1 蚱蜢身体结构
        2.2.2 蚱蜢的观测试验与身体结构参数的提取
    2.3 机构模型的建立
        2.3.1 生物建模
        2.3.2 机构模型
    2.4 本章小节
第三章 运动学分析
    3.1 引言
    3.2 仿蚱蜢机器人起跳阶段的运动学分析
        3.2.1 正运动学分析
        3.2.2 逆运动学求解
        3.2.3 速度分析
    3.3 速度分析起跳过程速度方向可操作度分析
        3.3.1 速度可操作性
        3.3.2 速度可操作度
        3.3.3 速度可操作性分析
    3.4 本章小节
第四章 动力学分析及优化
    4.1 引言
    4.2 动力学分析
    4.3 动力学优化
        4.3.1 建立优化模型
        4.3.2 MATLAB工具箱
        4.3.3 利用fmincon函数解算
    4.4 本章小节
第五章 仿生蚱蜢机器人ADAMS仿真分析
    5.1 引言
    5.2 ADAMS软件介绍
    5.3 仿生蚱蜢的运动仿真
    5.4 运动仿真结果分析
    5.5 本章小节
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间的主要研究成果
致谢



本文编号：3928213