机器人双足运动结构的分析。

简介：
双足机器人被认为是与人类最为相似的一种机器人形式，其核心技术集中于双足行走能力。其显著特征在于能够像人类一样进行行走，从而实现人类的基本运动功能。尽管在仿人机器人领域已经取得了令人瞩目的进展，但相比于人类的自然行走方式，如何提升行走过程中的步态稳定性、灵活性、速度以及独立性仍然构成了一个巨大的挑战。由于足部是行走过程中唯一与地面直接接触的部件，并且会直接承受地面的反作用力，因此，优化足部与地面的接触方式以及减轻冲击的重要性变得尤为明显。本文致力于对双足机器人仿生足部运动机构进行深入研究，主要工作内容如下：首先，对双足机器人足部关节研究的目的和意义进行了分析阐述，并对各种类型的足部机构进行了优缺点归纳总结，同时对国内外相关研究进行了全面的综述，并提出了从仿生学角度出发利用柔顺机构学原理解决足部结构设计的可行性方案。其次，结合解剖学、人体运动力学、仿生学和柔顺机构学等领域的知识，对足部关节的结构及其各部分（包括骨骼和肌肉）的运动功能进行了细致分析。通过对人体行走步态的研究，深入探究了足部关节在抗冲击、减震和储能等方面的结构特征，为进一步的研究仿生柔顺节能足提供了坚实的理论基础。第三，基于双足机器人行走过程中脚趾运动特性的分析结果，提出了脚趾与脚掌连接的新方法。 此外, 运用柔顺机构原理设计了三种不同的柔顺机构模型。借助SolidWorksSimulation软件中的非线性分析方法对这三种柔顺机构进行了计算模拟和优化调整, 并对比分析了应力和位移的大小关系。最后, 设计了一种专门用于“脚跟着地、脚尖离地”行走步态的脚趾柔顺铰链结构, 为未来行走方式的创新提供了可能性。第四, 从仿生学的角度出发, 完成了仿生足单元整体结构的全面设计工作。 针对不同的路面环境条件, 对脚趾结构和脚跟结构进行了优化调整, 以增强其对地面的适应性. 同时, 对脚跟的冲击吸收机制进行了详细分析和优化设计. 为了充分发挥避震器的良好冲击吸收性能, 在设计中采用了避震器与弹簧板相结合的机构. 根据确定的避震器参数, 通过有限元分析对弹簧板进行了精确评估. 最后, 完成了橡胶脚底材料以及六维力矩传感器的选型工作.