第9期 2017年9月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)09000104
D0I : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 09. 001
仿生四足机器人运动学与动力学仿真分析
宫赤坤，张吉祥1，袁立鹏2，3
No.9 Sep.2017
（1.上海理工大学机械工程学院，上海200093；2.常州恐龙园股份有限公司，江苏常州213022； 3.哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001）
摘要：为了提高四足机器人的设计效率和设计的可靠性，缩短四足机器人研发周期，文章采用虚拟仿具技术对四足机器人进行仿具研究。文章对虚拟样机进行机构运动学与动力学分析，建立仿生四足机器人的运动学方程及拉格朗日动力学方程，利用三维建模软件pro/E建立实体模型导入到ADAMS 中进行系统仿真，采用对角小跑步态，通过仿真结果验证了运动学和动力学数学建模的正确性，分析
了影响机器人动态稳定性因素，为物理样机的设计提供了理论依据。关键词：仿生四足机器人；运动学；动力学；仿真分析
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Dynamic Analyses and Simulation of the Bionic Quadruped Robotics
GONG Chi-kun', ZHANG Ji-xiang', YUAN Li-peng2.3
(1. School of Mechanical Engineering,University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2. Changzhou Dinosaur Park Co.,Ltd. ,Changzhou Jiangsu 213022,China)
Abstract: To improve the design efficiency and reliability of the quadruped robot, and shorten its develop-ment cycle, the thesis adopts virtual simulation technique to make a system simulation study for the quadru-ped robot. This paper has established Kinematic equations and Largrangian dynamics equations of the bionic quadruped robot by analysis of kinematics and dynamics of the virtual prototype. 3D model is built in the 3D modeling software,pro/E and then is downloaded to ADAMS. The solid model is built into the ADAMS for the system simulation study by using the three-dimensional modeling software pro/E. Considering the con-tact of the feet and the ground, the trotting gait is adopted. Through the simulation results, the correctness of kinematics and dynamics mathematical modeling is validated, and the factors influencing the dynamic stabili-
ty of the robot are analyzed, providing a theoretical basis for the design of the physical prototype. Key words: bionic quadruped robot; kinematics; dynamics; simulation analysis
0引言
四足机器人一直是机器人领域研究的热点[1]，由
于四足机器人具有很强的环境适应能力，在一此军事运输，抢灾救援，探测侦查等方面具有很大的应用前景[2]。现阶段，比较具有代表性的四足机器人有美国波士顿动力公司的BigDog，韩国工业技术研究院和 Rotem公司研制的液压驱动四足机器人等。由于四足机器人的结构比较复杂，用传统的机械系统实物实验研究的方法设计和研究机器人时，设计周期长，成本高。本文利用Pro/E软件建立四足机器人的三维模型，通过ADAMS动力学软件对该三维模型进行运动学和动力学仿真.在仿真过程中对一些数据进行采集分析，找出影响机器人动态稳定性的因素，对影响因素
收稿日期：2016-11-06；修回日期：2016-11-29*基金项目：国家科技支撑计划项目（2013BAH57F00
进行及时改正，为机器人的物理样机的研制提供了可靠的依据，并缩短了机器人的研发周期，降低了研发成本。
机械结构设计 1
本文总的研究思路如图1所示。本文特色是充分利用仿真概念，仿真不仅体现在对虚拟样机的仿真上，还利用Matlab软件根据理论计算，将两种结果进行对比验证，以改进设计方案，直到达到要求为止，最后再进行加工。本文通过用Matlab数学软件根据理论进行计算，利用ADAMS刚体动力学软件进行刚体分析，在该机器人的各项参数满足要求后，再根据二维图纸进行加工制造。该四足机器人的物理样机根据这一思想进行设计，取得了很好的实际效果。
作者简旁数据968—），男，辽宁大连人，上海理工大学副教授，博士，研究方向为机器人学，（E-mail）gongthikun@126.com。