并联腿部的四足机器人

摘要
亚太大学生机器人大赛（ABU ROBOCON）始于2002年，该赛事每年发布一个主
题，由参赛队自行组织设计并制造机器人完成既定任务，至今已经举办过17届，本文以第十八届ROBOCON机器人大赛“快马加鞭”为背景，围绕比赛中的四足机器人展开研究。
在ROBOCON比赛当中对于机器人机构刚度、精度及负载重量比有着极高的要求，并联机构相对于串联机构有很多优势，其灵活度高、精度高、重复性好；动、静刚度大，关节动量小，负载重量比高，成本较低[1]。因此本文选择并联腿部机器人作为研究对象，首先对于国内外并联机构和四足机器人的发展现状及未来的发展趋势进行了综述，并且阐明了选择并联机器人作为研究对象的主要原因；然后进行了并联四足机器人的整体方案及关键结构设计并通过ANSYS软件对于核心零部件进行了静应力仿真分析，以此优化了相关零部件结构、机构构型和受力方式；之后对于设计的机构进行了运动学分析，在此基础上，我们通过对于比赛规则的解读，并且基于仿生学原理进行了两种步态的设计并规划了相应的足端轨迹。最后对于设计的运动步态进行了物理调试，通过大量实验及调试数据进一步验证了仿真结果。
最后对全文进行了总结，提出了本文在研究并联四足机器人时的一些不足及后续完善的一些研究方向。
关键词：ROBOCON；并联机构；四足机器人；机构设计；步态设计与仿真
目录
摘要........................................................................ 1
ABSTRACT.................................................................... 1
1绪论....................................................................... 1
1.1课题研究背景及意义................................................. 1
1.2并联机构的发展现状及趋势........................................... 1
1.3四足机器人的发展现状与趋势........................................ 2
1.4主要工作与内容安排................................................. 5
2并联腿部机器人结构设计............................................... 7
2.1整体方案设计........................................................ 7
2.2机器人腿部结构及杆长设计........................................... 9
2.3重要零部件有限元分析及结构优化................................... 11
3四足机器人步态规划及仿真........................................... 14
3.1并联腿部运动学分析................................................ 14
3.1.1正运动学分析.................................................. 14
3.1.2逆运动学分析................................................. 16
3.2步态设计及运动仿真................................................ 17
3.2.1步态相关定义................................................. 17
3.2.2对角（Trot）步态............................................ 19
3.2.3跳跃（Bound）步态........................................... 22
3.2.4仿真结果分析................................................. 24
4四足机器人物理样机实验.............................................. 28
4.1实验平台简介....................................................... 28
4.2跳跃步态实验....................................................... 28
4.3对角步态实验....................................................... 30
5总结与展望.............................................................. 32
5.1总结................................................................ 32
5.2未来展望............................................................ 33
致谢........................................................................ 34
参考文献................................................................... 35