为提高四足器人的能源利用率,以一种新型的四足机器人为研究对象,建立了在小腿部位加装弹簧减震系统前后的四足机器人虚拟样机模型,建立了四足机器人的移动能耗指标,对比研究加装弹簧减震系统前后步态参数对移动能耗指标的影响效果,证明加装减震系统对提高移动能耗指标的可行性。最后,采用单变量法研究了弹簧属性参数对机器人能耗的影响规律,优选具体弹簧属性参数为弹簧刚度10000N/m,阻尼为2Ns/mm,弹簧预压力为65N,弹簧长度为0.34m,并与未优选前的装置进行对比,结果表明优选弹簧属性参数具有显著节能的效果,为样机减震系统的设计奠定基础。

针对3R型串联机械腿部机构承载能力不强的问题,对腿部机构进行改进,提出两种2R1T的3自由度并联腿部机构;利用Adams软件搭建主要结构尺寸相同的虚拟样机,添加相同的约束和驱动,根据承载时直线驱动器的受力情况对比,优选出一种腿部机构,并完成整体样机设计;建立腿部坐标系,通过矢量法对腿部结构进行运动学分析,并利用Adams软件搭建的虚拟样机进行仿真验证,得到理论值与仿真值误差较小的结论,验证了运动学的正确性,为后续进一步的研究分析奠定了基础。

针对多节式管道机器人在转弯过程中接触点速度发生突变,影响机器人运动稳定性的问题,对机器人转弯过程进行了探究。以管道机器人弯管中的位姿模型为基础,对机器人与管道接触点的位置与速度进行求解。首先,对机器人转弯过程进行简单描述;其次,建立管道机器人在弯管中的位姿模型并求解机器人与管道接触点的位置;然后,对机器人的速度进行分析,找到机器人速度不发生突变的姿态角度;最后,通过Matlab数值求解与Adams仿真,验证了结论与求解过程的正确性,为机器人转弯过程中的控制奠定了基础。

提出一种新型并联仿生机械腿,对该机械腿结构进行了尺度综合和优化。建立了该机械腿的位置矢量模型,推导了该机械腿的位置反解和速度映射方程,得到了速度雅可比矩阵。建立了机械腿的空间评价指标和运动灵巧指标,采用空间模型技术分析了结构参数对机械腿工作空间评价指标和运动灵巧性指标的影响规律。结合加工与装配的工艺性,应用基于性能图谱的多目标概率参数优化法,选取了一组合理的结构参数,为仿生机械腿的静力学分析、动力学分析、刚度分析、轨迹规划和运动控制奠定了基础。