仿袋鼠跳躍機(jī)器人多剛體動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、袋鼠跳躍具有速度快、立足面小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、能耗低等特點(diǎn)，特別適合在復(fù)雜地形和惡劣的環(huán)境中活動(dòng)，因而仿袋鼠跳躍機(jī)器人在未來(lái)星際探索、軍事偵察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以研究符合袋鼠跳躍運(yùn)動(dòng)特征的機(jī)器人機(jī)構(gòu)為目的，通過(guò)建立仿袋鼠機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行仿袋鼠跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究，揭示了袋鼠的跳躍運(yùn)動(dòng)機(jī)理，驗(yàn)證了跳躍機(jī)構(gòu)模型的可行性。 本文首先在大量查閱和分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)袋鼠、仿生機(jī)器人和跳躍機(jī)器人研究文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，綜述了當(dāng)前仿

2、生彈跳機(jī)器人的研究現(xiàn)狀。并分析了袋鼠生物體的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，研究了有關(guān)機(jī)器人多剛體動(dòng)力學(xué)的分析方法。 其次，根據(jù)袋鼠的跳躍運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和肢體結(jié)構(gòu)特征，提出了仿袋鼠機(jī)器人四剛體系統(tǒng)的單腿跳躍機(jī)構(gòu)模型；分別就著地與騰空兩個(gè)階段，采用拉格朗日法，建立了相應(yīng)的單腿跳躍機(jī)構(gòu)分析模型和多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，給出了相應(yīng)兩個(gè)階段的機(jī)器人質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)學(xué)和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的表達(dá)式；采用Matlab進(jìn)行了相應(yīng)動(dòng)力學(xué)的仿真計(jì)算分析，獲得了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性的變化

3、規(guī)律。分析結(jié)果表明：跳躍機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)是其在著地階段實(shí)現(xiàn)跳躍運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，它的驅(qū)動(dòng)力矩為最大，約為膝關(guān)節(jié)的2.5倍、髖關(guān)節(jié)的6倍；而髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)對(duì)機(jī)器人空中姿態(tài)起著主要調(diào)節(jié)作用，它們?cè)隍v空階段的驅(qū)動(dòng)力矩遠(yuǎn)大于踝關(guān)節(jié)的。這些結(jié)論對(duì)仿袋鼠跳躍機(jī)器人的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。 再則，提出了仿袋鼠機(jī)器人落地沖擊階段的模型，并用拉格朗日法得到了此階段的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及動(dòng)能變化方程，并通過(guò)對(duì)彈跳機(jī)器人跳躍運(yùn)動(dòng)關(guān)系的假設(shè)，進(jìn)行機(jī)器人落地沖擊時(shí)的速度、能