仿蟋蟀機器人跳躍運動性能的研究.pdf

1、隨著機器人應(yīng)用的日益廣泛，機器人面臨的工作環(huán)境也越來越復(fù)雜，這就要求機器人必須具有較強的地形適應(yīng)和自主運動能力。蟋蟀跳躍具有速度快、距離長、能耗少、對地面環(huán)境要求低、運動平穩(wěn)等特點，特別適合于在復(fù)雜、惡劣的環(huán)境中活動，因此仿蟋蟀跳躍機器人在星際探索、軍事偵察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以研究符合蟋蟀跳躍運動特征的仿蟋蟀機器人機構(gòu)為目的，通過建立仿蟋蟀跳躍機器人機構(gòu)模型，進(jìn)行跳躍運動性能研究，為實現(xiàn)仿蟋蟀跳躍機器人的設(shè)計和運動控制奠定理

2、論基礎(chǔ)。
　　 在查閱和分析國內(nèi)外相關(guān)的研究文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的跳躍機器人和仿生機器人的研究理論與方法，確立了仿蟋蟀跳躍機器人機構(gòu)模型的理論基礎(chǔ)。
　　 基于對蟋蟀的身體結(jié)構(gòu)及運動的分析，建立了仿蟋蟀機器人跳躍機構(gòu)的分析模型以及著地階段起跳過程的運動學(xué)方程，給出了機器人在跳躍過程中的運動姿態(tài)及軀體質(zhì)心的運動軌跡表達(dá)式，建立了機器人軀體質(zhì)心與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角間的微分運動關(guān)系及速度分析方法。結(jié)合實例進(jìn)行了運動學(xué)仿真并對結(jié)果進(jìn)

3、行討論。其結(jié)果與生物學(xué)實測結(jié)果相近，從而證明了仿生跳躍機構(gòu)模型的可行性和運動分析方法的有效性。
　　 在運動學(xué)分析基礎(chǔ)上，基于機器人機構(gòu)本身的屬性，通過速度雅可比矩陣，定義機構(gòu)速度和力方向可操作度，度量仿蟋蟀機器人機構(gòu)跳躍的著地階段起跳過程中，在操作空間中的速度和力傳遞性能。以仿蟋蟀機器人機構(gòu)速度和力方向可操作度為性能指標(biāo)，在廣義逆解的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了機器人雙腿各關(guān)節(jié)軌跡的優(yōu)化，并通過計算實例驗證了優(yōu)化方法的可行性。
　　

4、 應(yīng)用拉格朗日方法建立仿蟋蟀跳躍機器人機構(gòu)在著地階段起跳過程中的動力學(xué)方程，求解腿部各關(guān)節(jié)所需要的驅(qū)動力矩，并結(jié)合實例對機器人的運動和驅(qū)動力特性進(jìn)行了仿真分析。同時，利用扭轉(zhuǎn)彈簧模擬蟋蟀后腿中的關(guān)節(jié)柔性和肌肉的儲能作用，建立了仿蟋蟀跳躍機器人后腿的偽剛體機構(gòu)模型，實現(xiàn)了腿部各關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩的優(yōu)化。
　　 利用ADAMS建立了仿蟋蟀跳躍機器人機構(gòu)的虛擬樣機模型，進(jìn)行了著地階段起跳過程以及騰空階段的運動仿真，給出了軀體質(zhì)心的運動規(guī)律(