仿昆虫爬行机理的六足机器人步态控制研究

1

作者 李世其 周书香 +1 位作者 付乐群 郑旋烨 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第5期166-176,共11页

针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策... 针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策略;最后通过仿真和样机双重测试,验证了所提控制策略的有效性。实验表明,机器人在平地上的理论质心波动仅为10-4 m级,其在斜坡、台阶、沟壑的越障极限分别为38°、210 mm、300 mm,另在其他非结构化地形中也表现出优秀的适应性和通过性。 展开更多

关键词 六足机器人 仿生学 Hopf振荡器 中枢模式发生器 步态控制模型 闭环控制

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腿臂融合六足机器人仿生设计及分析 被引量：2

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作者 郑羿 饶思贤 高佳篷 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期545-559,共15页

设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以... 设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以及大小腿节的长度比例,并从工作空间、速度椭圆和力椭圆3个方面评估六足机器人类昆虫式构型和类哺乳动物式构型的运动能力和承载能力,对于腿臂分支,参照人类手臂的关节布局,利用腿臂融合机制设计一种具有五自由度的腿臂分支,可实现腿/臂功能之间的灵活切换;在此基础上,将两者均布在圆周本体上组成了六足机器人的整体构型,最后设计机器人的整体系统,并利用研制的物理样机对机器人的步行功能、操作功能进行实验验证。研究结果表明:该仿生机器人相比于一般的六足机器人具有最优的腿分支拓扑结构,可以根据目标任务不同选择类昆虫构型或者类哺乳动物构型,并且由于类人手臂腿臂融合分支的存在,其不仅可以实现基本的步行功能,而且可实现一定的操作功能,同时完成这两种功能之间的灵活切换。 展开更多

关键词 腿臂融合 六足机器人 仿生设计 步态规划 单腿臂操作

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仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析 被引量：1

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作者 曹东兴 贾艳超 +1 位作者 郭翔鹰 毛佳佳 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1543-1555,共13页

针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下... 针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动. 展开更多

关键词 六足机器人 仿生 六折痕折纸 三浦折纸 运动分析

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仿生六足机器人的运动分析及步态仿真 被引量：1

4

作者 贾亮 赵小溪 +1 位作者 叶长龙 徐宏宇 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第7期351-355,共5页

为了增强机器人在各种环境下的灵活性,设计了一种仿生六足机器人。利用Creo2.0软件设计仿生六足机器人的三维模型,并将三维模型导入ADAMS软件中建立仿真模型。通过ADAMS软件对仿生六足机器人进行直行步态仿真分析和转弯步态仿真分析,结... 为了增强机器人在各种环境下的灵活性,设计了一种仿生六足机器人。利用Creo2.0软件设计仿生六足机器人的三维模型,并将三维模型导入ADAMS软件中建立仿真模型。通过ADAMS软件对仿生六足机器人进行直行步态仿真分析和转弯步态仿真分析,结果证实了仿生六足机器人的运动状态稳定,验证了仿生六足机器人的结构合理性和设计的正确性及有效性。同时,为实现仿生六足机器人的制作与开发提供了理论基础,也为实现仿生六足机器人的精确控制创造了条件。 展开更多

关键词 仿生六足机器人 ADAMS 步态仿真

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六足机器人关键技术综述 被引量：60

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作者 李满宏 张明路 +1 位作者 张建华 张小俊 《机械设计》 CSCD 北大核心 2015年第10期1-8,共8页

六足机器人具有丰富的步态和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对障碍、沟渠等复杂特殊地形及不可预知环境的极强适应性,具有广泛的应用前景。作为一个新兴的研究领域,国内外对六足机器人的研究尚处在起步阶段,并没有成熟的技术... 六足机器人具有丰富的步态和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对障碍、沟渠等复杂特殊地形及不可预知环境的极强适应性,具有广泛的应用前景。作为一个新兴的研究领域,国内外对六足机器人的研究尚处在起步阶段,并没有成熟的技术可借鉴,因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结,以促进六足机器人的进一步发展。文中简要介绍了国内外六足机器人的研究现状,详细探讨了制约六足机器人研发的仿生结构设计、步态规划和多足协调控制等关键技术问题,并对六足机器人未来发展趋势进行了构想和展望。 展开更多

关键词 六足机器人 仿生结构 步态规划 协调控制

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微型六足仿生机器人及其三角步态的研究 被引量：51

6

作者 徐小云 颜国正 丁国清 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2002年第4期392-396,共5页

基于仿生学原理 ,在分析六足昆虫运动机理的基础上 ,采用平面四连杆机构、蜗轮蜗杆减速机构、皮带传动机构、微型直流电机驱动和PC机控制方案 ,研制成一种新型“微型六足仿生机器人” ,其样机外形尺寸为 :长 30mm ,宽 4 0mm ,高 2 0mm ,... 基于仿生学原理 ,在分析六足昆虫运动机理的基础上 ,采用平面四连杆机构、蜗轮蜗杆减速机构、皮带传动机构、微型直流电机驱动和PC机控制方案 ,研制成一种新型“微型六足仿生机器人” ,其样机外形尺寸为 :长 30mm ,宽 4 0mm ,高 2 0mm ,重 6 .3g。讨论了该机器人的运动步态并分析了其运动稳定性 。 展开更多

关键词 六足机器人 仿生机器人 连杆曲线图谱 三角步态

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六足微型仿生机器人及其控制系统的研究 被引量：11

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作者 徐小云 颜国正 +1 位作者 丁国清 刘华 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2002年第11期81-83,共3页

介绍了一种微型六足仿生机器人的结构与控制系统，分析了这种微型六足仿生机器人的移动原理，阐述了如何通过计算机来控制微型六足仿生机器人的运动，该机器人基于仿生学原理，结构独特、简单、新颖，能方便地实现前进和后退，其样机外... 介绍了一种微型六足仿生机器人的结构与控制系统，分析了这种微型六足仿生机器人的移动原理，阐述了如何通过计算机来控制微型六足仿生机器人的运动，该机器人基于仿生学原理，结构独特、简单、新颖，能方便地实现前进和后退，其样机外形尺寸为：长30mm，宽40mm，高20mm，重6.3克。并对该样机进行了实验，实验结果表明该机器人具有较好的机动性。 展开更多

关键词 六足微型仿生机器人 控制系统 控制界面 移动机器人

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六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析 被引量：14

8

作者 白颖 蒋庆斌 +2 位作者 莫莉萍 孙超 王松 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第7期732-735,743,共5页

针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人。首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进... 针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人。首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进行了分析,推导了正逆运动学方程;最后,对几种典型步态进行了分析,运用多项式差值拟合的方法对仿蜘蛛机器人的摆动相及支撑相作了足端轨迹的规划;在此基础上,将SolidWorks模型导入到ADAMS/View中,利用ADAMS对几种典型步态进行了仿真,验证了对其步态规划的正确性。研究结果表明:该六足仿蜘蛛机器人的设计方案是有效的。 展开更多

关键词 六足仿蜘蛛机器人 结构设计 运动学分析 步态规划

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六足仿生机器人并联机构雅可比矩阵分析 被引量：3

9

作者 于常娟 张春红 +1 位作者 罗萍 刘庆玲 《机床与液压》 北大核心 2018年第15期76-79,108,共5页

六足仿生机器人每条腿具有3个转动关节,当三角步态行走时,机体为3-UrRS并联机构。利用螺旋理论和互易积理论分析3条支链对上平台运动产生的约束作用,分析了该机构自由度。在不同的驱动形式下固定驱动关节,分析各支链作用在上平台的约束... 六足仿生机器人每条腿具有3个转动关节,当三角步态行走时,机体为3-UrRS并联机构。利用螺旋理论和互易积理论分析3条支链对上平台运动产生的约束作用,分析了该机构自由度。在不同的驱动形式下固定驱动关节,分析各支链作用在上平台的约束线簇,建立并联机构的雅克比矩阵。利用ADAMS仿真验证了所求雅可比矩阵的正确性。雅可比矩阵分析对于六足仿生机器人进行可达空间分析、机构尺度综合、路径规划和协调控制都具有重要意义。 展开更多

关键词 六足仿生机器人 并联 螺旋 Grassmann线几何 奇异

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气动柔性关节六足机器人结构与运动性能 被引量：2

10

作者 彭贺 耿德旭 +2 位作者 张金涛 赵云伟 武广斌 《液压与气动》 北大核心 2014年第4期11-14,共4页

采用自主开发的气动空间弯曲柔性关节,研制了一种仿生六足机器人,能实现前后、左右移动和转动功能。研究了柔性关节六足机器人运动原理和行进步态。搭建了试验台和气压控制系统,通过高速摄像等实验手段,分析了机器人重心位置三个方向的... 采用自主开发的气动空间弯曲柔性关节,研制了一种仿生六足机器人,能实现前后、左右移动和转动功能。研究了柔性关节六足机器人运动原理和行进步态。搭建了试验台和气压控制系统,通过高速摄像等实验手段,分析了机器人重心位置三个方向的位移、速度和加速度等运动学性能。为气动柔性关节在仿生六足机器人中的应用,提供了理论与实践基础。 展开更多

关键词 柔性关节 仿生 六足机器人 气压传动 运动学

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新型微型六足机器人的运动原理及控制程序 被引量：8

11

作者 张涛 颜国正 刘华 《计算机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第23期241-243,246,共4页

介绍了一种微型六足机器人的新结构,该结构将直线行进运动与转向运动合理地结合了起来,论述了这种新型结构的运动结合原理以及基于IO板的机器人控制系统VB软件编程,分析了机器人的运动稳定性和灵活性,给出了实验结果和分析。成功制作了... 介绍了一种微型六足机器人的新结构,该结构将直线行进运动与转向运动合理地结合了起来,论述了这种新型结构的运动结合原理以及基于IO板的机器人控制系统VB软件编程,分析了机器人的运动稳定性和灵活性,给出了实验结果和分析。成功制作了机器人样机——“银甲虫1号”,其大小为:半径3cm,高4.2cm,重49g。实验证明“银甲虫1号”运动灵活可靠,有很好的机动性。 展开更多

关键词 六足机器人 仿生机器人 微型机器人 IO板 机器人运动控制程序

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仿生六足机器人稳定性的仿生实验研究(英文) 被引量：4

12

作者 石琳 罗庆生 +1 位作者 韩宝玲 黄麟 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第19期5384-5387,共4页

阐述了六足机器人稳定性研究对于机器人稳定性、足端轨迹规划以及脚力分配等方面的影响,从对蚂蚁的观察实验出发,重点分析蚂蚁在水平面上直线前进和转向运动的稳定性问题,总结归纳了一系列规律用于指导仿生机器人开发。同时借鉴蚂蚁仿... 阐述了六足机器人稳定性研究对于机器人稳定性、足端轨迹规划以及脚力分配等方面的影响,从对蚂蚁的观察实验出发,重点分析蚂蚁在水平面上直线前进和转向运动的稳定性问题,总结归纳了一系列规律用于指导仿生机器人开发。同时借鉴蚂蚁仿生规律,指出了通常六足机器人在稳定性方面的缺点,提出了提升机器人稳定性的简单有效的办法,并展望了更进一步提升机器人稳定性和运动性能的设计趋势。 展开更多

关键词 六足机器人 轨迹规划 稳定性 仿生学

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仿生六足机器人柔顺腿研究 被引量：2

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作者 王伟 韦浪 +1 位作者 刘富盛 王国顺 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第17期2089-2094,共6页

为探索弧形腿柔顺性对仿生六足机器人运动性能的具体影响,首先使用伪刚体模型描述弧形腿的变形特征,并给出了刚度的数学表达;然后基于该刚度模型,在Webots仿真环境中构建虚拟样机,通过设定弧形腿不同的刚度,分析了仿生六足机器人在运动... 为探索弧形腿柔顺性对仿生六足机器人运动性能的具体影响,首先使用伪刚体模型描述弧形腿的变形特征,并给出了刚度的数学表达;然后基于该刚度模型,在Webots仿真环境中构建虚拟样机,通过设定弧形腿不同的刚度,分析了仿生六足机器人在运动速度、能量消耗等方面的变化;最后通过制作不同刚度的弧形腿在物理样机中进行了验证。研究结果表明,弧形腿的柔顺性可以用伪刚体模型准确描述,它可提高仿生六足机器人的运动速度并减小能量消耗。 展开更多

关键词 仿生六足机器人 柔顺腿 刚性腿 伪刚体模型

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六足仿生机器人步态研究和运动控制器设计 被引量：2

14

作者 储忠 阮坚实 虞刚明 《机床与液压》 北大核心 2008年第B07期369-372,397,共5页

分析了六足仿生机器人典型行走步态和不同步态下的机器人落足点位置矢量表达式;运用AT89S52内部两个定时器,采用多舵机分时控制方法,设计的运动控制器可驱动机器人足部12个舵机的协调运动,实现了六足仿生机器人按步态规划运动,并通过测... 分析了六足仿生机器人典型行走步态和不同步态下的机器人落足点位置矢量表达式;运用AT89S52内部两个定时器,采用多舵机分时控制方法,设计的运动控制器可驱动机器人足部12个舵机的协调运动,实现了六足仿生机器人按步态规划运动,并通过测试,验证了设计方案的正确性和可靠性。 展开更多

关键词 六足仿生机器人 步态 舵机 分时控制

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仿生六足机器人机构设计与运动分析 被引量：4

15

作者 谷勇霞 吴耀君 江崔颖 《机床与液压》 北大核心 2020年第11期7-12,共6页

基于蜜蜂腿部结构及运动步态特点和仿生设计基本原理,设计了一种新型六足机器人机构,可实现不同运动步态下的前进、后退和转向,具有较高的步态稳定性和环境适应性。运用空间分解法构建了机器人单腿的运动学模型,利用消元法对模型进行求... 基于蜜蜂腿部结构及运动步态特点和仿生设计基本原理,设计了一种新型六足机器人机构,可实现不同运动步态下的前进、后退和转向,具有较高的步态稳定性和环境适应性。运用空间分解法构建了机器人单腿的运动学模型,利用消元法对模型进行求解,得到逆运动学的唯一解。通过数值求解获得了六足机器人足部末端的运动轨迹,验证了运动学模型的正确性。借鉴蜜蜂的运动步态特征,规划了六足机器人直行和转弯时的运动步态。该研究为六足机器人机构设计与步态规划提供了新的思路和理论参考。 展开更多

关键词 仿生设计 六足机器人 机构设计 运动分析 步态规划

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圆弧形腿机构六足机器人的结构和控制系统设计 被引量：5

16

作者 冬雷 马举猛 《机电工程》 CAS 2016年第7期883-887,共5页

针对轮式移动机器人越障能力不足的问题,设计出了一种兼具轮式和足式移动机构特点的圆弧腿仿生六足机器人。完成了基于飞思卡尔MC568037型DSP及CAN总线的机器人控制系统的设计;对机器人的运动步态、静力学及运动学模型进行了研究,并采用... 针对轮式移动机器人越障能力不足的问题,设计出了一种兼具轮式和足式移动机构特点的圆弧腿仿生六足机器人。完成了基于飞思卡尔MC568037型DSP及CAN总线的机器人控制系统的设计;对机器人的运动步态、静力学及运动学模型进行了研究,并采用ADAMS仿真软件对运动学模型进行了验证;提出了一种基于三角函数规律的电机转速曲线。最后对电机驱动系统、机器人的越障及转向性能进行了测试。实验结果表明,机器人驱动电机的控制系统具有良好的响应特性,机器人可通过30 cm高的障碍,并且具有较小的转向半径,环境适应性强。 展开更多

关键词 六足机器人 圆弧腿 CAN总线 仿生

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气动柔性关节仿生六足机器人步态规划与运动性能研究 被引量：7

17

作者 赵云伟 耿德旭 +2 位作者 刘晓敏 刘荣辉 刘齐 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期385-394,418,共11页

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节... 采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节形变机理,建立了机器人运动学模型,确定了本体和足部位置关系,分析了机器人的步距、转角和整体速度,并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验,获得了机器人足部工作空间,分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明,按照规划步态,通过气压控制系统协调腿部运动,机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100 mm/s,可负载能力为0.5 kg。 展开更多

关键词 气动柔性关节 六足机器人 步态规划 运动性能

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基于Virtools的仿生六足机器人关节舵机运动仿真 被引量：3

18

作者 胡存 刘敬猛 陈伟海 《中国测试》 CAS 北大核心 2012年第3期65-68,共4页

为了实现基于Virtools软件的仿生六足机器人运动仿真,解决其关键问题——机器人关节舵机的运动模拟,提出了基于Virtools Physics Pack的解决方案。该方案的核心问题在于Torque Factor参数的设定,为了使舵机快速、平稳的运动到指定位置,... 为了实现基于Virtools软件的仿生六足机器人运动仿真,解决其关键问题——机器人关节舵机的运动模拟,提出了基于Virtools Physics Pack的解决方案。该方案的核心问题在于Torque Factor参数的设定,为了使舵机快速、平稳的运动到指定位置,根据舵机需要运动的角度动态调节Torque Factor参数值。实验表明:该方法能有效地使舵机在运动快速性与平稳性之间达到平衡,从而改善整个机器人的运动状况。 展开更多

关键词 仿生六足机器人 舵机 运动仿真 Virtools软件 TORQUE FACTOR

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六足仿生虎甲虫机器人结构设计与静力学分析 被引量：5

19

作者 徐海燕 姜树海 +1 位作者 徐振亚 吴苏杭 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2018年第11期54-59,共6页

在分析虎甲虫生物原型的结构特点与运动机能的基础上,进行了六足仿生虎甲虫机器人的结构设计。根据选取的四种虎甲虫的后腿结构,给机器人腿部各关节选择合适的尺寸比例。运用Solidworks软件搭建六足仿生虎甲虫机器人的物理模型,模拟虎... 在分析虎甲虫生物原型的结构特点与运动机能的基础上,进行了六足仿生虎甲虫机器人的结构设计。根据选取的四种虎甲虫的后腿结构,给机器人腿部各关节选择合适的尺寸比例。运用Solidworks软件搭建六足仿生虎甲虫机器人的物理模型,模拟虎甲虫的身体外形结构进行躯体设计,呈细长形,六条腿在机体上的安装点近似分布在一长椭圆形上,每条腿是3个自由度的串联机构。利用ANSYS软件对机器人腿部的关键零件进行静力学分析,生成应力、应变分布图,结果证明了机器人设计的合理性。 展开更多

关键词 六足机器人 仿生 虎甲虫 结构 静力学

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基于理想解-冲突法六足机器人的创新设计 被引量：3

20

作者 孙群 杨伯军 +1 位作者 张建辉 冯雁霞 《包装工程》 CAS 北大核心 2017年第5期23-29,共7页

目的在保持产品原有优点的同时,进一步改善其功能集成度和适应性等要求,方法提出一种基于理想解-冲突法的产品创新设计策略,首先对产品系统进行全面分析,并且确定出系统的理想解,将理想解与当前产品系统进行比较,找出当前产品系统存在... 目的在保持产品原有优点的同时,进一步改善其功能集成度和适应性等要求,方法提出一种基于理想解-冲突法的产品创新设计策略,首先对产品系统进行全面分析,并且确定出系统的理想解,将理想解与当前产品系统进行比较,找出当前产品系统存在的问题,进而分析并确定产品系统存在的冲突,然后应用冲突解决原理解决,结果最终确定了产品系统进一步的改进方案。结论通过该策略对六足仿生机器人的前肢进行了创新设计,显著提高了机器人的工作效率和环境适应性,并应用运动学仿真软件对改进的六足机器人进行了行走和排爆仿真,仿真结果表明该机器人具有良好的移动性能和执行性能,从而验证了所提创新设计策略的可行性。 展开更多

关键词 创新设计 理想解-冲突法 冲突解决原理 六足仿生机器人

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