凸轮连杆组合机构驱动的四足仿生马机器人构型设计与运动学建模分析
发布时间：2022-12-06 18:56
本文通过详细分析四足机器人国内外的研究现状,结合仿生学原理设计出一种用于马术辅助治疗的四足仿生马机器人。该机器人腿部系统采用凸轮连杆组合机构驱动,具有两个自由度,能够实现足端轨迹跨距与高度的调整,进而形成不同运动轨迹以满足不同患者的康复需求。在仿生马机器人研究过程中,根据对国内外同类研究的总结,本文设计了仿生马机器人的整体构型,对仿生马机器人工作原理进行了详细论述。为了求解该机器人腿部系统各机构的运动参数,对其腿部系统进行了运动学建模分析和MATLAB运动分析程序的开发,分析了各结构参数与步行腿足端点轨迹、速度和加速度的关系,以及运动过程中凸轮压力角等特征性能。基于Adams仿真软件,对仿生马机器人的三维模型进行动力学仿真,分析了运动过程中的驱动电机扭矩、步行腿受力以及机器人质心加速度等特性。提出了通过采用变速驱动的方式,消除仿真过程中机器人整体跳跃的现象。根据仿生马机器人腿部系统运动学分析,推导支点可变平底摆动从动件凸轮机构模型,进而推出其凸轮机构的参数优化模型和凸轮轮廓设计模型。随后,将支点可变平底摆动从动件凸轮机构模型应用到仿生马机器人腿部系统中,可以达到在满足患者康复需求的基础...
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 四足机器人构型发展现状
1.2.1 国外四足机器人构型发展现状
1.2.2 国内四足机器人构型发展现状
1.2.3 四足机器人腿部结构的研究
1.3 机器人在康复领域的应用
1.3.1 康复机器人的发展
1.3.2 各类组合机构在康复机器人构型中的应用
1.4 本文主要研究内容
1.4.1 现有研究的不足
1.4.2 具体研究内容
1.5 论文内容安排
第二章 仿生马机器人构型设计
2.1 引言
2.2 仿生马机器人整体构型设计
2.2.1 整体构型设计
2.2.2 机器人整体运动原理
2.3 机器人步行腿部系统设计
2.3.1 构型设计
2.3.2 机器人腿部系统的运动原理
2.3.3 腿部系统结构机构划分
2.4 基于SolidWorks构建仿生马机器人三维模型
2.5 本章小结
第三章 仿生马机器人腿部系统运动学建模与分析
3.1 引言
3.2 腿部系统各机构运动学建模与分析
3.2.1 建立各机构运动运动学模型
3.2.2 各机构速度和加速度运动学模型
3.3 基于牛顿迭代法求解腿部系统各机构参数
3.3.1 牛顿迭代法原理
3.3.2 MATLAB求解程序
3.4 腿部系统运动实例分析
3.4.1 轨迹实例分析
3.4.2 速度和加速实例分析
3.4.3 压力角实例分析
3.4.4 基于SolidWorks腿部系统轨迹与凸轮压力角的验证
3.5 本章小结
第四章 基于Adams的仿生马机器人运动仿真
4.1 引言
4.2 仿生马机器人模型仿真
4.3 跳动现象的改善
4.4 本章小结
第五章 步距机构参数优化
5.1 引言
5.2 优化问题的提出
5.3 支点可变平底摆动从动件凸轮机构优化模型的建立
5.3.1 重要几何参数关系的推导
5.3.2 建立通用优化模型
5.4 基于遗传算法求解凸轮机构优化模型
5.4.1 遗传算法基本思想
5.4.2 遗传算法的组成
5.5 求解优化模型实例
5.5.1 基本参数赋值
5.5.2 具体优化模型
5.6 本章小结
第六章 步距机构的凸轮机构综合
6.1 引言
6.2 建立机构通用凸轮轮廓设计模型
6.2.1 机构初始位置变量的求解
6.2.2 基于反转法确定机构参数关系
6.2.3 从动件运动规律的选择
6.3 通用凸轮轮廓设计模型检验
6.4 通用凸轮轮廓设计模型实例
6.4.1 求解实例模型凸轮轮廓
6.4.2 支点可变平底摆动从动件凸轮机构实例应用
6.5 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录
附录2 攻读硕士学位期间获得专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最优化方法的盘形凸轮最大压力角计算器的设计[J]. 吴斌. 应用技术学报. 2019(04)
[2]遗传算法在优化问题中的应用综述[J]. 李岩,袁弘宇,于佳乔,张更伟,刘克平. 山东工业技术. 2019(12)
[3]面向产品配置设计的改进交互式遗传算法[J]. 朱佳栋,苏少辉,陈昌,刘桂英. 中国机械工程. 2018(20)
[4]基于改进遗传算法的托盘拣选延误时间优化[J]. 李敬花,曹旺,赵定刚,蒋岩,周青骅. 计算机集成制造系统. 2020(02)
[5]面向服务的智能制造[J]. 陶飞,戚庆林. 机械工程学报. 2018(16)
[6]基于自适应遗传算法的空管雷达部署优化[J]. 刘帅,秦姗姗. 通信技术. 2018(04)
[7]非线性方程组求解器及平面连杆机构仿真程序研究[J]. 柳冬玉,潘亚嘉. 机械研究与应用. 2018(01)
[8]基于改进自适应遗传算法的物流配送路径优化研究[J]. 吴聪,陈侃松,姚静. 计算机测量与控制. 2018(02)
[9]基于工序约束链编码的遗传算法求解产品综合调度问题[J]. 石飞,赵诗奎. 中国机械工程. 2017(20)
[10]基于混合自适应遗传算法的相控阵雷达任务调度[J]. 张浩为,谢军伟,张昭建,宗彬锋,陈唐军. 兵工学报. 2017(09)
博士论文
[1]敏捷仿生腿机构设计及其全局分析方法研究[D]. 臧红彬.中国科学技术大学 2019
[2]生理信息融合算法及其在仿生机器马中的应用研究[D]. 任玉艳.燕山大学 2013
硕士论文
[1]基于SLIP模型的四足机器人控制方法及实现[D]. 吴国雄.电子科技大学 2019
[2]可实现跳跃功能的四足机器人单腿结构设计与运动建模分析[D]. 宋康康.郑州轻工业学院 2018
[3]基于当量磨削的凸轮转速动态优化[D]. 徐峰.吉林大学 2018
[4]仿生踝关节辅助康复系统研发[D]. 李洪鹏.郑州轻工业学院 2017
[5]基于免疫遗传算法的模糊柔性作业车间调度问题研究[D]. 黄硕果.重庆交通大学 2017
[6]具有手脚融合功能的四足步行机器人动力学建模与仿真[D]. 张小辉.郑州轻工业学院 2012
[7]六自由度运动平台运动学位置正解研究[D]. 文家富.中国民航大学 2011
[8]基于遗传算法的汽车动力传动系参数多目标优化[D]. 胡峰.武汉理工大学 2010
[9]生理信息融合在仿生机器马中的应用[D]. 宋洋.燕山大学 2009
本文编号：3711455
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 四足机器人构型发展现状
1.2.1 国外四足机器人构型发展现状
1.2.2 国内四足机器人构型发展现状
1.2.3 四足机器人腿部结构的研究
1.3 机器人在康复领域的应用
1.3.1 康复机器人的发展
1.3.2 各类组合机构在康复机器人构型中的应用
1.4 本文主要研究内容
1.4.1 现有研究的不足
1.4.2 具体研究内容
1.5 论文内容安排
第二章 仿生马机器人构型设计
2.1 引言
2.2 仿生马机器人整体构型设计
2.2.1 整体构型设计
2.2.2 机器人整体运动原理
2.3 机器人步行腿部系统设计
2.3.1 构型设计
2.3.2 机器人腿部系统的运动原理
2.3.3 腿部系统结构机构划分
2.4 基于SolidWorks构建仿生马机器人三维模型
2.5 本章小结
第三章 仿生马机器人腿部系统运动学建模与分析
3.1 引言
3.2 腿部系统各机构运动学建模与分析
3.2.1 建立各机构运动运动学模型
3.2.2 各机构速度和加速度运动学模型
3.3 基于牛顿迭代法求解腿部系统各机构参数
3.3.1 牛顿迭代法原理
3.3.2 MATLAB求解程序
3.4 腿部系统运动实例分析
3.4.1 轨迹实例分析
3.4.2 速度和加速实例分析
3.4.3 压力角实例分析
3.4.4 基于SolidWorks腿部系统轨迹与凸轮压力角的验证
3.5 本章小结
第四章 基于Adams的仿生马机器人运动仿真
4.1 引言
4.2 仿生马机器人模型仿真
4.3 跳动现象的改善
4.4 本章小结
第五章 步距机构参数优化
5.1 引言
5.2 优化问题的提出
5.3 支点可变平底摆动从动件凸轮机构优化模型的建立
5.3.1 重要几何参数关系的推导
5.3.2 建立通用优化模型
5.4 基于遗传算法求解凸轮机构优化模型
5.4.1 遗传算法基本思想
5.4.2 遗传算法的组成
5.5 求解优化模型实例
5.5.1 基本参数赋值
5.5.2 具体优化模型
5.6 本章小结
第六章 步距机构的凸轮机构综合
6.1 引言
6.2 建立机构通用凸轮轮廓设计模型
6.2.1 机构初始位置变量的求解
6.2.2 基于反转法确定机构参数关系
6.2.3 从动件运动规律的选择
6.3 通用凸轮轮廓设计模型检验
6.4 通用凸轮轮廓设计模型实例
6.4.1 求解实例模型凸轮轮廓
6.4.2 支点可变平底摆动从动件凸轮机构实例应用
6.5 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录
附录2 攻读硕士学位期间获得专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最优化方法的盘形凸轮最大压力角计算器的设计[J]. 吴斌. 应用技术学报. 2019(04)
[2]遗传算法在优化问题中的应用综述[J]. 李岩,袁弘宇,于佳乔,张更伟,刘克平. 山东工业技术. 2019(12)
[3]面向产品配置设计的改进交互式遗传算法[J]. 朱佳栋,苏少辉,陈昌,刘桂英. 中国机械工程. 2018(20)
[4]基于改进遗传算法的托盘拣选延误时间优化[J]. 李敬花,曹旺,赵定刚,蒋岩,周青骅. 计算机集成制造系统. 2020(02)
[5]面向服务的智能制造[J]. 陶飞,戚庆林. 机械工程学报. 2018(16)
[6]基于自适应遗传算法的空管雷达部署优化[J]. 刘帅,秦姗姗. 通信技术. 2018(04)
[7]非线性方程组求解器及平面连杆机构仿真程序研究[J]. 柳冬玉,潘亚嘉. 机械研究与应用. 2018(01)
[8]基于改进自适应遗传算法的物流配送路径优化研究[J]. 吴聪,陈侃松,姚静. 计算机测量与控制. 2018(02)
[9]基于工序约束链编码的遗传算法求解产品综合调度问题[J]. 石飞,赵诗奎. 中国机械工程. 2017(20)
[10]基于混合自适应遗传算法的相控阵雷达任务调度[J]. 张浩为,谢军伟,张昭建,宗彬锋,陈唐军. 兵工学报. 2017(09)
博士论文
[1]敏捷仿生腿机构设计及其全局分析方法研究[D]. 臧红彬.中国科学技术大学 2019
[2]生理信息融合算法及其在仿生机器马中的应用研究[D]. 任玉艳.燕山大学 2013
硕士论文
[1]基于SLIP模型的四足机器人控制方法及实现[D]. 吴国雄.电子科技大学 2019
[2]可实现跳跃功能的四足机器人单腿结构设计与运动建模分析[D]. 宋康康.郑州轻工业学院 2018
[3]基于当量磨削的凸轮转速动态优化[D]. 徐峰.吉林大学 2018
[4]仿生踝关节辅助康复系统研发[D]. 李洪鹏.郑州轻工业学院 2017
[5]基于免疫遗传算法的模糊柔性作业车间调度问题研究[D]. 黄硕果.重庆交通大学 2017
[6]具有手脚融合功能的四足步行机器人动力学建模与仿真[D]. 张小辉.郑州轻工业学院 2012
[7]六自由度运动平台运动学位置正解研究[D]. 文家富.中国民航大学 2011
[8]基于遗传算法的汽车动力传动系参数多目标优化[D]. 胡峰.武汉理工大学 2010
[9]生理信息融合在仿生机器马中的应用[D]. 宋洋.燕山大学 2009
本文编号：3711455
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