準(zhǔn)四足被動(dòng)行走機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)仿真研究.pdf

1、目前，行走機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，其中被動(dòng)行走機(jī)器人由于具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，日益成為研究的重點(diǎn)。本文對(duì)準(zhǔn)四足被動(dòng)行走機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性展開了研究。
　　首先建立了機(jī)器人的三維結(jié)構(gòu)模型及其等效簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的多剛體動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)對(duì)被動(dòng)行走機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的分析，分別利用拉格朗日方程和動(dòng)量矩原理，建立了機(jī)器人擺動(dòng)階段和碰撞轉(zhuǎn)換階段的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。選取碰撞發(fā)生后瞬間的相截面為龐加萊截面。根據(jù)能量守恒關(guān)系選取能使機(jī)器人穩(wěn)

2、定運(yùn)行的初始條件的迭代初值，根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用四階龍格庫塔迭代法求解機(jī)器人在龐加萊截面上的不動(dòng)點(diǎn)，并通過分析雅可比矩陣的特征值判斷不動(dòng)點(diǎn)的穩(wěn)定性，以穩(wěn)定的不動(dòng)點(diǎn)作為運(yùn)動(dòng)的初始條件。
　　然后，運(yùn)用中心點(diǎn)胞映射法求解不動(dòng)點(diǎn)的吸引域。由于不動(dòng)點(diǎn)的吸引域大小可以衡量運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，所以本文通過對(duì)吸引域體積的計(jì)算，分析了質(zhì)量比、斜坡傾角等參數(shù)變化對(duì)機(jī)器人行走穩(wěn)定性的影響規(guī)律。并以此為依據(jù)綜合考慮各參數(shù)對(duì)機(jī)器人穩(wěn)定性的影響情況，選

3、擇合理的參數(shù)使機(jī)器人具有較大的穩(wěn)定裕度。利用分岔圖、相平面圖等圖形分析了系統(tǒng)響應(yīng)的周期運(yùn)動(dòng)、倍周期分岔等運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化與演變過程。研究了腿質(zhì)心位置及斜坡傾角等參數(shù)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的倍周期分岔行為的影響及變化規(guī)律。通過求解質(zhì)量比、斜坡傾角等參數(shù)變化時(shí)的不動(dòng)點(diǎn)，分析了參數(shù)變化對(duì)機(jī)器人穩(wěn)態(tài)行走步態(tài)的影響。
　　最后，利用ADAMS軟件建立了準(zhǔn)四足被動(dòng)行走機(jī)器人的虛擬樣機(jī)，以數(shù)值仿真求得的不動(dòng)點(diǎn)及吸引域中的狀態(tài)參量為初始條件，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真