考慮尾巴的仿袋鼠跳躍機(jī)器人姿態(tài)穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著仿生機(jī)器人向適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化、未知環(huán)境和靈活、可靠地完成各種復(fù)雜工作任務(wù)要求的方向發(fā)展，解決其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題已成為仿生機(jī)器人研究的關(guān)鍵問(wèn)題和前沿性課題。因此，基于袋鼠的跳躍運(yùn)動(dòng)特征，本文建立了仿袋鼠跳躍機(jī)器人的多體機(jī)構(gòu)模型和動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行了跳躍姿態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性及相關(guān)動(dòng)力學(xué)的仿真分析研究。 首先，本文在分析國(guó)內(nèi)外機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，綜述了從單腿到多腿的機(jī)器人穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀，指出了適合研究仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的理

2、論及其分析方法。在對(duì)袋鼠跳躍運(yùn)動(dòng)研究的基礎(chǔ)上，提出了考慮尾巴的仿袋鼠跳躍機(jī)器人的彈簧單腿模型，采用Lagrange方法，建立了相應(yīng)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程，導(dǎo)出了各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩表達(dá)式。并采用Matlab7.1對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算分析，給出了相應(yīng)機(jī)構(gòu)有尾與無(wú)尾時(shí)袋鼠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)特性變化規(guī)律。分析結(jié)果表明：尾巴對(duì)機(jī)器人姿態(tài)有著顯著的影響，即能使機(jī)器人跳的更高更遠(yuǎn)，且能夠緩解落地瞬間的沖擊。 其次，根據(jù)袋鼠跳躍運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

3、，建立了仿袋鼠機(jī)器人考慮尾巴的五剛體單腿機(jī)構(gòu)模型。采用D'Alembert原理，建立了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，分析獲得了機(jī)器人著地與騰空階段的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的條件；并采用動(dòng)量矩定理，對(duì)此機(jī)構(gòu)模型建立了尾巴的擺動(dòng)方程，利用Matlalb7．1進(jìn)行了仿真計(jì)算分析，得出了尾巴擺動(dòng)的速度變化規(guī)律；在對(duì)模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，以跳躍機(jī)構(gòu)模型的ZMP點(diǎn)落在腳部支撐域內(nèi)使其得以穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)，研究了髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法，并進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算仿真分析