一种基于柔性腿部与主动腰部的仿猫四足机器人设计方法

作     者：宋玉旺 李江天 滕鹏 吴硕 张致豪 孟非 SONG Yu-wang;LI Jiang-tian;TENG Peng;WU Shuo;ZHANG Zhi-hao;MENG Fei

作者机构：华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 北京邮电大学计算机学院北京100876 北京理工大学机电学院北京100081 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52075169) 华北电力大学大学生创新创业训练计划(202102024) 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第31期

页      码：13448-13456页

摘      要：目前大多数四足机器人以刚性腿部结构设计而成,部分机器人加入了单一自由度的腰部实现单方向的运动,但是总的来说都难以实现动物腿部肌肉、腰、脊椎关节的柔性运动。在四足动物中,猫拥有极强的运动灵活性。为更好地模拟猫的运动特性,参照猫的腿部骨骼结构和柔性组织,提出了一种具有柔性腿部和主动腰部的仿猫四足机器人设计方法。首先,从仿生学的角度研究猫的生理结构和运动方式,设计了包含弹簧-阻尼器系统四杆机构的柔性腿部,转动灵活且工作稳定的主动腰部和带有脊柱固定系统的前后躯干。同时,使用有限元分析工具对受力情况复杂的关键零件进行强度与刚度优化。之后,开发了运用新设计的仿猫四足机器人原型机,通过运动仿真软件配合原型机,进行了Trot步态行走、跳跃、落地缓冲和越障等实验。实验结果表明,相较传统的刚性腿部结构和单自由度腰部,应用该设计方法的四足机器人在运动性能方面有着显著优势,充分验证了其可行性与有效性。研究结果为四足机器人的设计提供了一种新的解决方案并给出了其理论依据和参考设计实例。

主 题 词：四足机器人 仿猫机器人 机构设计 柔性腿部 主动腰部 

学科分类：080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 

D　O　I：10.3969/j.issn.1671-1815.2023.31.029

馆 藏 号：203124779...