雙足被動步行穩(wěn)定性的仿真研究.pdf

1、自1990年加拿大學(xué)者M(jìn)cGeer的開創(chuàng)性工作以來，被動步行由于其天生具有自然步態(tài)以及類似人類步行的能量效率，因此迅速吸引了雙足機(jī)器人領(lǐng)域研究人員的注意，并逐步成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前被動步行研究基礎(chǔ)理論尚不夠完善，其中如何搜索穩(wěn)定步態(tài)并分析其穩(wěn)定性一直被認(rèn)為是一個充滿挑戰(zhàn)性的問題，它通常僅能通過數(shù)值近似分析而無法得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。本文提出了一種分析被動步行全局穩(wěn)定性的改進(jìn)方法并仿真研究了經(jīng)典被動步行模型的全局穩(wěn)定性問題，同時還采用穩(wěn)

2、定性分析方法以及簡化人類步行模型對人類步行的內(nèi)在機(jī)理做了簡單的驗(yàn)證。
　　 正文首先簡單回顧了被動步行的發(fā)展，其中大部分篇幅關(guān)注了被動步行的穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀以及介紹了現(xiàn)有的在被動步行模型參數(shù)變化時穩(wěn)定步態(tài)的局部以及全局穩(wěn)定性分析的數(shù)值方法。在現(xiàn)有分析方法基礎(chǔ)上對數(shù)值算法做了一定的并行化改進(jìn)，通過定義吸引域的最小半徑與最大半徑作為穩(wěn)定步態(tài)全局穩(wěn)定性分析的特征量，本文提出了一種分析雙足被動步行全局穩(wěn)定性的改進(jìn)方法。
　　 利用

3、上述改進(jìn)方法，對經(jīng)典雙足被動步行模型進(jìn)行了全局穩(wěn)定性的仿真分析，數(shù)值仿真了機(jī)械參數(shù)，環(huán)境參數(shù)變化下穩(wěn)定單周期步態(tài)的吸引域結(jié)構(gòu)；計(jì)算并繪制了吸引域最大最小半徑的變化的特征曲線，詳細(xì)分析了在斜坡傾角，質(zhì)量比值變化對周期步態(tài)的全局穩(wěn)定性的影響，并發(fā)現(xiàn)斜坡傾角在有限范圍內(nèi)越大步態(tài)穩(wěn)定性越好，但是在接近倍周期分岔臨界角時吸引域結(jié)構(gòu)被破壞。
　　 最后，基于一個簡化人類步行模型以及雙足被動模型局部穩(wěn)定性的若干結(jié)論，初步驗(yàn)證并討論了不同身體條