一种新型六足仿生虫的结构设计与动力学分析

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步行机器人作为一种代替轮式或履带式移动装置来穿越复杂地形的机构,以其特有的优势得到越来越多的研究。其中六足步行机作为在运动过程中具有静态稳定性,同时足的数目较少的移动机器人,对其的研究相对广泛和深入。目前,六足步行机腿部机构设计时通常模仿动物腿的形式,这使其具有多个自由度可以实现大的工作空间和运动灵活性,但同时也增加了控制的难度。本文主要关注机器虫的移动功能,目标为得到具有前进、转弯等移动功能的,具有较少自由度配置的仿生虫。本文综述了多足步行机器人的概念、发展历程;设计了达到要求的运动功能、同时腿部结构自由度数目较小、整体所需驱动源较少的仿生虫及其运动步态。通过对步行机器人腿部机构的研究,综合出了具有适合的足端轨迹的六连杆机构作为其腿机构;同时对腿部机构的正运动学分别采用隐函数方法与求解非线性方程方法进行了分析;由于旋量方法能表达明确的几何意义,本文运用旋量理论对该六连杆机构的特殊位置进行了分析。在腿机构分析的基础上,给出了仿生虫整体运动学分析的方法。在采用欧拉-拉格朗日方法的ADAMS软件和采用AB递推算法的软件DynaMechs下分别对仿生虫进行了动力学仿真和分析,并对两种算法的结果进行了比较。最后搭建实物样机对所作的工作进行验证。
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