哈尔滨工程大学硕士学位论文 experiments validated the rationality of the new type of bionic crab-legged robot's structural design.The simulation of the physical prototype provide a strong reference for the robot's structural design. 是 Finally in order to verify the integrated performance of robotic systems,four experiments are designed,which include the feet's force reflective experiment,the experiment about the influence of drive joint's transmission gap to the robot's position control,the robot's straight-line walking and climbing performance test. Through the above experiments,the mechanical properties of the robot,sensor performance,and control systems'rationality have been tested. Keywords:bionic crab-liked robot;structural design;composite manipulator; ADAMS simulation;performance experiments
／● position control，the robot’S straight—line walking and climbing performance test． Through the above experiments，the mechanical properties of the robot，sensor performance，and control systems’rationality have been tested． Keywords：bionic crab—liked robot；structural design；composite manipulator； ADAMS simulation；performance experiments
哈尔滨T程大学硕士学位论文 目录 4 第1章绪论… 11引言… 1.2仿生腿式机器人的研究现状及发展趋势……2 1.2.1国内外仿生腿式机器人的发展状况…2 12.2仿生腿式机器人的发展趋势…8 1.3仿生腿式机器人的关键技术… …10 1.4本文的主要研究内容… …12 第2章新型仿生机器蟹结构设计 444+ …13 2.1引言… …13 2.2新型仿生机器蟹总体结构设计方案… …13 2.3新型模块化驱动关节的设计…14 2.3.1关节传动方式的分析… …14 2.3.2蜗轮蜗杆设计参数的确定… …15 2.3.3蜗轮减速箱的设计… 18 24单步行足的结构设计… …22 2.4.1腿节关节比例的确定… …23 2.4.2腿部关节连接板的设计… …25 2.4.3弹性足尖的设计… …26 2.5各腿布置方式的确定… …27 2.6蜗轮蜗杆副的润滑 28 2.6.1润滑油种类的选择… 29 2.6.2润滑油黏度的选择… 29 2.7仿生弹性驱动关节的设计… …30 2.8本章小结… …33 第3章仿生机器蟹作业机械手设计… …34
曼 ，． 哈尔滨二r程大学硕士学伊论文 目 录 第1章绪论………………………………………………………………………1 1．1引言……………………………………………………………………一l 1．2仿生腿式机器人的研究现状及发展趋势……………………………”2 1．2．1国内外仿生腿式机器人的发展状况……………………………·2 1．2．2仿生腿式机器人的发展趋势……………………………………·8 1．3仿生腿式机器人的关键技术…………………………………………10 1．4本文的主要研究内容…………………………………………………12 第2章新型仿生机器蟹结构设计……………………………………………·1 3 2．1引言……………………………………………………………………·13 2．2新型仿生机器蟹总体结构设计方案…………………………………13 2．3新型模块化驱动关节的设计…………………………………………14 2．3．1关节传动方式的分析…o………………………………………14 2．3．2蜗轮蜗杆设计参数的确定………………………………………15 2．3．3蜗轮减速箱的设计………………………………………………18 2．4单步行足的结构设计…………………………………………………22 2．4．1腿节关节比例的确定……………………………………………23 2．4．2腿部关节连接板的设计…………………………………………25 2．4．3弹性足尖的设计…………………………………………………26 2．5各腿布置方式的确定…………………………………………………27 2．6蜗轮蜗杆副的润滑……………………………………………………28 2．6．1润滑油种类的选择………………………………………………29 2．6．2润滑油黏度的选择………………………………………………29 2．7仿生弹性驱动关节的设计…¨：………………………………………·30 2．8本章小结………………………………………………………………33 第3章仿生机器蟹作业机械手设计…………………………………………·34
哈尔滨工稈大学硕士学位论文 3.1引言… …34 3.2机械手功能需求分析… …34 李 33复合作业机械手的结构设计… …35 33.1机械手爪驱动器的选择… …35 c 3.3.2机械手爪运动形式的选择… …35 33.3机械手爪传动方式的选择… …36 33.4复合步行足的结构设计… …37 3.4机械手爪尺寸的优化设计… …39 3.4.1机械手手指抓取误差的理论分析… 40 3.4.2抓取机械手手指的优化设计计算， 42 3.5本章小结… 43 第4章基于ADAMS的仿生机器蟹仿真实验…44 4.1引言…44 4.2仿生机器蟹虚拟样机模型构建… …44 4.2.1Pro/E三维模型导入ADAMS… 45 4.2.2设置仿真工作环境及运动参数… …47 4.2.3施加驱动函数… …49 4.3仿生机器蟹平面横行时的动力学仿真… 50 4.4在复杂地貌行走时的动力学仿真… …52 4.4.1机器人越障能力分析… …53 4.4.2机器人爬坡能力分析… …56 4.4本章小结… 58 第5章仿生机器蟹实验研究… 59 5.1引言… 59 5.2仿生机器蟹实验系统… 59 53仿生机器蟹运动性能实验…60 5.3.1传动间隙对驱动关节位置控制的影响…61
rI 哈尔滨丁稃大学硕士学伊论文 3．1引言…………………………………………………………………………………………一34 3．2机械手功能需求分析…………………………………………………34 3．3复合作业机械手的结构设计…………………………………………35 3．3．1机械手爪驱动器的选择…………………………………………35 3．3．2机械手爪运动形式的选择………………………………………35 3．3．3机械手爪传动方式的选择………………………………………36 3．3．4复合步行足的结构设计…………………………………………37 3．4机械手爪尺寸的优化设计……………………………………………39 3．4．1机械手手指抓取误差的理论分析………………………………40 3．4．2抓取机械手手指的优化设计计算………………………………42 3．5本章小结………………………………………………………………43 第4章基于ADAMS的仿生机器蟹仿真实验………………………………44 4．1引言…………………………………………………………………………………………一44 4．2仿生机器蟹虚拟样机模型构建………………………………………44 4．2．1 Pro／E三维模型导入ADAMS…………………………………一45 4．2．2设置仿真工作环境及运动参数…………………………………47 4．2．3施加驱动函数……………………………………………………49 4．3仿生机器蟹平面横行时的动力学仿真………………………………50 4．4在复杂地貌行走时的动力学仿真……………………………………52 4．4．1机器人越障能力分析……………………………………………53 4．4．2机器人爬坡能力分析……………………………………………56 4．4本章小结………………………………………………………………58 第5章仿生机器蟹实验研究…………………………………………………·59 5．1引言……………………………………………………………………59 5．2仿生机器蟹实验系统…………………………………………………59 5．3仿生机器蟹运动性能实验……………………………………………·60 5．3．1传动间隙对驱动关节位置控制的影响…………………………61
哈尔滨丁程大学硕土学位论文 5.3.2机器人行走性能实验 63 5.4本章小结 64 4 结论… 65 参考文献… 66 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果…71 致谢… …72
哈尔滨丁稗大学硕七学位论文 5．3．2机器人行走性能实验……………………………………………63 5．4本章小结………………………………………………………………64 结 论……………………………………………………………………………………………………·65 参考文献…………………………………………………………………………66 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果……………………………7l 致 谢……………………………………………………………………………72
哈尔滨丁程大学硕十学位论文 第1章绪论 & 1.1引言 1960年美国第一届仿生学会议上“仿生学”一词被提出，从此仿生学在机 械方面的应用就再未停止过，并融合发展成为仿生机械学。仿生机械学是 模仿生物的形态、结构和控制原理，设计制造功能更集中、效率更高并具有 生物特征的机械学科。而仿生机器人由于能够适应非结构化的未知工作环境， 可执行复杂精巧的高难度任务，以及其高精度、高灵活性、高可靠性、高鲁 棒性、高智能性等优点，使其成为现代社会高科技发展中不可或缺的一个重 要学科方向巴，并且由于能制造出在结构、功能、材料、控制、能耗等诸多 方面相对更加合理的机械系统，仿生机械学正越来越受到重视。 随着国际政治格局、战争形式的变化，在军事侦察、战场攻击、反恐防 爆等领域需要大量的无人作战武器：随着人类探索太空，建设航天站、抢险 救灾等不适合由人来承担的任务的增加，越来越需要相应的可以代替人类执 行任务的机器人，同时新的需求和任务也对机器人的性能提出了更高要求。 通过对这些作业环境特点进行研究我们可以发现，不规则和不平坦的非结构 环境成为这些作业任务的共同特点，这样就使轮式机器人和履带式机器人的 应用受到极大的限制。在这种背景下，腿式机器人的研究成为了各国机器人 专家研究的共同目标，而仿生腿式机器人的出现更加显示出腿式机器人的优 势6刀。 自20世纪80年代美国麻省理工学院研制出第一批可以实现动物跑、跳 功能的机器人开始，越来越多的国家开始了对仿生腿式机器人的研究，尤其 以麻省理工大学腿部实验室的创建者Raibert早期对机器人奔跑运动的创始 性研究工作最具代表性。Raibert研制的单腿、双腿和四腿机器人的性能已成 为衡量其它腿式机器人性能的标准，通过分析国内外现状来看，针对双腿、 四腿和六腿机器人的研究比较多，但对单腿和八腿机器人的研究相对较少， 1
哈尔滨丁程大学硕十学位论文 1．1引言 第1章绪论 1960年美国第一届仿生学会议上“仿生学”一词被提出，从此仿生学在机 械方面的应用就再未停止过，并融合发展成为仿生机械学Ⅲ。仿生机械学是 模仿生物的形态、结构和控制原理，设计制造功能更集中、效率更高并具有 生物特征的机械学科。而仿生机器人由于能够适应非结构化的未知工作环境， 可执行复杂精巧的高难度任务，以及其高精度、高灵活性、高可靠性、高鲁 棒性、高智能性等优点，使其成为现代社会高科技发展中不可或缺的一个重 要学科方向口1，并且由于能制造出在结构、功能、材料、控制、能耗等诸多 方面相对更加合理的机械系统，仿生机械学正越来越受到重视p1。 随着国际政治格局、战争形式的变化，在军事侦察、战场攻击、反恐防 爆等领域需要大量的无人作战武器；随着人类探索太空，建设航天站、抢险 救灾等不适合由人来承担的任务的增加，越来越需要相应的可以代替人类执 行任务的机器人，同时新的需求和任务也对机器人的性能提出了更高要求141。 通过对这些作业环境特点进行研究我们可以发现，不规则和不平坦的非结构 环境成为这些作业任务的共同特点，这样就使轮式机器人和履带式机器人的 应用受到极大的限制。在这种背景下，腿式机器人的研究成为了各国机器人 专家研究的共同目标，而仿生腿式机器人的出现更加显示出腿式机器人的优 势郦■ 自20世纪80年代美国麻省理工学院研制出第一批可以实现动物跑、跳 功能的机器人开始，越来越多的国家开始了对仿生腿式机器人的研究，尤其 以麻省理工大学腿部实验室的创建者Raibert早期对机器人奔跑运动的创始 性研究工作最具代表性。Raibert研制的单腿、双腿和四腿机器人的性能已成 为衡量其它腿式机器人性能的标准隅”叭，通过分析国内外现状来看，针对双腿、 四腿和六腿机器人的研究比较多，但对单腿和八腿机器人的研究相对较少， 1