通过研究犬类骨骼结构,确定了机器人关节数和腿部机构简图,提出一种四足机器人腿部机构运动学分析和实现的方法。对机器人进行运动学建模,借助模型进行了机器人正逆解计算以及求出腿部机构关节转角与电机转圈数之间的关系。借助ADAMS动力学仿真软件,验证单腿机构的运动起立过程和关键参数变化规律,逆向运动学仿真得到了关节扭矩等关键数据,设计了以滚珠丝杆为传动机构的腿部结构。实践表明,该机构的设计方法有利于仿生机器人的研究与发展。

为了解决四足机器人运动过程中的着地冲击力问题,设计了一种基于力的阻抗控制的柔顺控制方法。以四足机器人单腿系统的结构为基础,对其进行运动学分析,进一步求解其速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵。将单腿系统简化为"质量-弹簧-阻尼"模型,分析研究单腿系统的跳跃运动特性并规划质心运动轨迹。基于阻抗控制的思想,设计了基于力阻抗控制方法的内环控制器和外环控制器,利用Adams-Simulink联合仿真,通过跳跃运动仿真研究了基于力的阻抗控制方法在跳跃运动中的柔顺效果。搭建四足机器人单腿实验平台,对四足机器人单腿系统进行实验研究,实验结果表明基于力的阻抗控制在机器人的跳跃运动中具有较好的柔顺效果。

为了实现四足机器人沿着管道内壁进行连续的周向运动,对运动过程中的位置和姿态进行规划。建立管道坐标系和机器人的位置、姿态方程,规划了一种包含足姿调整、机身旋转和机身平移的周向运动。为保证周向运动的连续性,对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划,并通过足端运动实现周向运动位姿的规划。利用Matlab计算得到的周向运动关节角度曲线,对机器人样机进行爬壁实验。实验结果和滚转角分析验证了周向运动位姿规划的正确性。

四足机器人的单腿是整机的主要支撑单元,同时也是四足机器人底层的运动单元。因此,单腿的设计会直接影响四足机器人的运动能力。针对四足机器人最为常见的Trot步态运动特点,设计了一种能适应Trot步态的新型单腿结构,并从尺寸优化的角度对该新型单腿进行结构优化。数值计算的结果表明,优化后的单腿在增大工作空间范围、减小驱动力矩等方面提升显著,可作为底层结构集成到四足机器人整机系统中去,同时也为四足机器人本体的结构设计提供了一定的理论参考。

为实现四足机器人在平面上稳定、连续行走的行走,避免出现打滑、冲击等现象,提出一种基于walk步态零冲击足端轨迹规划方法。首先运用DH算法推导出单腿的运动学方程。然后采用直线规划支撑腿时足端的运动轨迹,五次曲线规划摆动腿在水平方向上的足端轨迹,摆线规划摆动腿在竖直方向上的足端轨迹。以静态稳定裕度为评价指标,评价了四足机器人在连续行走过程中的稳定性。最后进行仿真实验,实验结果表明,四足机器人可以在水平面上稳定、连续的行走,验证了算法的正确性。

针对四足机器人整机对单个支撑腿的要求，对机械腿结构特性和控制系统展开研究。基于对四足动物腿部生理结构分析，提出具有两个主动关节和一个被动关节的四足机器人仿生腿结构，并完成运动学特性分析。通过分析仿生四足机器人控制系统功能与性能要求，提出具有开放性、模块化和结构紧凑特点的仿生四足机器人控制系统方案，基于DSP设计并实现仿生腿控制系统。实验证明仿生腿结构合理，控制系统稳定可靠且具有良好的扩展性，仿生腿系统可作为下层模块集成到仿生四足机器人系统。

液压驱动型高性能足式仿生机器人对未知、非结构环境具有很好的适应能力,为尽可能地避免其足地接触过程中的冲击和碰撞,足式机器人的关节应具有一定的动态柔顺性。针对驱动足式机器人关节运动的液压驱动单元（Hydraulic drive unit,HDU）进行研究,首先,建立其液压系统位置/力控制数学模型;其次,推导阻抗控制基本控制原理,并以液压系统作为内环控制方式,分析HDU基于位置/力的阻抗控制机理,研究该两种阻抗控制方法的控制内外环动态柔顺性串并联组成原理;最后,搭建HDU性能测试试验平台,对提出的两种阻抗控制动态柔顺性串并联组成原理进行试验验证。试验结果表明,基于位置的阻抗内环动态柔顺性为并联组成,而阻抗控制外环与位置控制内环动态柔顺性为串联组成;基于力的阻抗内环动态柔顺性为串联组成,而阻抗控制外环与力控制内环动态柔顺性为并...

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种液压驱动的四足机器人。分析了四足机器人的机械结构,机器人腿结构具有运动关节少、运动空间范围大特点,利用ADAMS规划设计了四足运动步态,并在ADAMS中进行动力学仿真。仿真分析了对角步态下机器人质心位移、液压缸驱动力以及与地面的接触力等参数,获得了液压缸工作流量、功率参数。仿真结果验证了机器人结构设计、步态规划的可行性,为液压缸、发动机选型提供了参考依据。

为实现四足机器人不同路况下的正常工作,设计了液压驱动的单腿结构。首先,提出了四自由度单腿机构设计方案,建立了单腿简化结构的运动学模型,并利用SimMechanis进行了仿真,通过优化结构参数,获得了最佳的足部运动空间。然后,以上述结构参数为设计条件,进行了单腿的结构设计和运动学仿真。仿真结果验证了腿部结构可以达到理想的运动空间,最后,对受力分析结果进行了研究,以减小液压缸的受力为目标,为机器人在不同的路况下选择不同的步态提供了依据,可以提高机器人的适应性。

对一种四足机器人的腿部机构设计方法进行探究。简析哺乳动物腿部关节分布确立了四足机器人拓扑结构与自由度数目用拉格朗日方程对其动力学简略推导并建立虚拟样机。借助ADAMS动力学仿真软件验证四足机器人虚拟样机在起立过程和对角步态的动力学规律。