基于线齿轮传动的仿生螃蟹机器人设计与动力学仿真
张帆淋1
张林贝子2
邓永权2
丁江3
1.广西大学 广西新能源车辆动力电池与绿色动力域重点实验室,南宁 5300042.广西水利电力职业技术学院 交通工程学院,南宁 5300233.广西大学 广西新能源车辆动力电池与绿色动力域重点实验室,南宁 530004;广西大学 省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室,南宁 530004
摘要：[目的]针对传统移动机器人在非结构化地形中步行稳定性差、能耗高且结构冗余的缺陷,结合空间线齿轮传动与连杆仿生设计优势,研制一种轻量化、高地形适应能力的六足仿生螃蟹机器人.[方法]首先,提取了螃蟹步足的半椭圆运动轨迹曲线特征,采用对称曲柄摇杆连杆机构设计了腿部执行机构,并通过表型几何数据比例确定了大小腿尺寸;其次,基于空间曲线啮合方程构建了传动比为2的减速线齿轮传动系统,利用解析法推导了其空间接触线与中心线方程,利用封闭矢量法建立了腿部的双环平面运动学方程,规划支撑相占地系数为0.5的高效三角步态并解算了其稳态裕度;再次,结合达朗贝尔原理构建了腿部各杆件的一次线性动力学矩阵,并在静力学分析的基础上对机体铝制侧板进行了保留质量70%的变密度拓扑优化轻量化设计;最后,利用Adams软件搭建了机器人的虚拟样机模型,通过15°斜坡及凹凸障碍地形进行了多工况整体动力学仿真验证.[结果]线齿轮较同规格普通齿轮减重2.1%;侧板经拓扑优化后结构最大受载应变降低1个数量级,其自身质量大幅压缩至原本的74.52%,实现了显著的轻量化减重效果.在非结构化障碍物冲击下,机器人的质心位移曲线波动高度受限,行进速度呈良好的周期性变化,且各关节未产生任何加速度突变,验证了所提仿生驱动方案具有优异的行走稳定性与非结构化地形适应能力.
关键词：六足机器人仿生设计线齿轮步态规划仿真分析
分类号：TH122(机械设计、计算与制图)
资助基金：国家自然科学基金(52475096)广西自然科学基金杰出青年科学基金项目(2025GXNSFFA069009)广西大学自然科学与技术创新发展倍增计划项目(2024BZRC010)
论文发表日期：2026-07-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 23-33 )
英文信息