四足机器人气动人工肌肉驱动仿生柔性机体动力学分析.pdf

第 48卷 第 12期 上 海 交 通 大 学 学 报 Vo1．48NO．12 2014年 12月 JOuRNALOFSHANGHAIJIAOTONG UNIVERSITY Dec．2O14 文章编号 ：1006—2467(2014)12一l688—06+1699 四足机器人气动人工肌肉驱动的仿生 柔性机体动力学分析 雷静桃 ， 俞煌颖 (上海大学 机电工程与 自动化学院，上海 200072) 摘 要 ：基于四足生物动态步行时其柔性机体辅助腿机构的运动机理 ，设计 了一种 由气动人工肌 肉、仿生脊柱 、前机体和后机体组成的四足机器人仿生柔性机体．采用几何法分析仿生柔性机体运 动学，建立四足机器人转向时仿生柔性机体弯曲角与气动人工肌 肉长度变化 间的关系，通过控制气 动人工肌 肉长度 以控制机体弯 曲．基 于浮动坐标法和动量矩定理进行仿 生柔性机体 刚柔耦合动 力 学建模 ，对比分析 了不同机体刚度下机体 弯曲所需气动人工肌 肉驱动力．设计仿生柔性机体 弯曲控 制实验系统 ，采用PID控制算法进行机体弯曲实验分析．四足机器人 的仿生柔性机体分析 ，为提高 其非结构化环境机动性奠定 了基础 ． 关键词 ：四足机器人 ；气动人工肌 肉；仿生柔性机体；刚柔耦合 ；动力学 中图分类号 ：TP242 文献标志码 ：A DynamicsAnalysisofBionicFlexibleBodyDrivenby PneumaticArtificialMuscleforQuadrupedRobot LE Jing—tao， yU Huang—ying (SchoolofMechatronicEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China) Abstract：Basedontheflexiblebodymovementprincipleofquadrupedcreatrures，akindofbionicflexible bodyforquadrupedrobotwaspresented，whichwascomposedofpneumaticartificialmuscles (PAM )， bionicspine，forebodyandhindbody．Thegeometricmethodwasadoptedtoanalyzethekinematicsofthe bionicflexiblebody，andtherelationshipbetween thebodybendingangleand thePAM lengthwhenthe quadrupedrobotwalkswith spinning gait．Thebodybendingcan becontrolledby controlling thePAM length．Thedynamicsofbionicflexiblebodywasderivedbythefloatingcoordinatemethodandmomentof momentum theory．Then thePAM drivingforceforbodybendingwith differentbodykiffnesswasdeter mined．Theexperimentalsystem wasconducted，andthePID controlalgorithm wasadoptedtoanalyzethe bodybending．Thispapercanlayafoundationforimprovingthemobilityofthequadrupedrobotwalking inunstructuredenvironment． Keywords：quadrupedrobot；pneumaticartificialmuscle；bionicflexiblebody；rigidflexiblecoupling；dy