本文關(guān)鍵詞：伸縮腿被動(dòng)行走器的動(dòng)力學(xué)建模與仿真

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【摘要】：仿人機(jī)器人因?yàn)檫m合人的生活工作環(huán)境,所以是未來的發(fā)展趨勢。而行走是仿人機(jī)器人最基本的功能,成為這項(xiàng)研究的關(guān)鍵基礎(chǔ)。目前仿人機(jī)器人大多采用主動(dòng)行走方式,通過精確控制關(guān)節(jié)的ZMP軌跡來模仿人的步態(tài),從而導(dǎo)致它們過于昂貴、沉重、復(fù)雜和低效。而被動(dòng)行走具有結(jié)構(gòu)簡單、步態(tài)自然、能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn),成為突破該難題的新途徑。目前,被動(dòng)行走的基礎(chǔ)模型主要有簡單被動(dòng)行走模型、Compass模型和簡單帶上體被動(dòng)模型等三個(gè),但均存在腳擦地問題而不能直接應(yīng)用。為此,本文在簡單被動(dòng)行走模型的基礎(chǔ)上,提出全新的伸縮腿被動(dòng)行走模型。在不增加自由度的前提下,克服了腳擦地的問題,同時(shí)該模型還具有自帶被動(dòng)上體、驅(qū)動(dòng)簡單高效等優(yōu)點(diǎn)。主要工作如下:1.設(shè)計(jì)出伸縮腿被動(dòng)行走模型解決被動(dòng)行走腳擦地問題,并利用Newton-Euler正交法推導(dǎo)出該模型的動(dòng)力學(xué)方程。2.結(jié)合Poincaré映射方法,提出了新的不動(dòng)點(diǎn)(平衡點(diǎn))搜索算法。通過該算法尋找出伸縮腿被動(dòng)行走模型的穩(wěn)定參數(shù),并通過分析典型步態(tài)特性總結(jié)該模型的步態(tài)特性。3.通過伸縮腿被動(dòng)行走模型大斜坡步態(tài)仿真和誤差初始值步態(tài)仿真的分析,得出該模型相比傳統(tǒng)基礎(chǔ)被動(dòng)行走模型具有更高的穩(wěn)定性。4.對伸縮腿被動(dòng)行走模型的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析,總結(jié)各參數(shù)的意義以及對該模型步態(tài)的影響。5.使用ADAMS軟件對伸縮腿被動(dòng)行走模型進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真。通過對比虛擬樣機(jī)仿真與數(shù)值仿真結(jié)果,驗(yàn)證了該模型動(dòng)力學(xué)建模和數(shù)值仿真的正確性。本文主要提出一種新型的伸縮腿被動(dòng)行走模型,并通過動(dòng)力學(xué)建模分析該模型的各參數(shù)和步態(tài)特性為后續(xù)樣機(jī)的研制提供理論指導(dǎo)。在2015年10月27日,基于伸縮腿被動(dòng)行走模型而設(shè)計(jì)的行走器樣機(jī)——“行者一號(hào)”,打破了由Ranger保持多年的單次行走最遠(yuǎn)距離的世界紀(jì)錄,更說明了本論文研究的伸縮腿被動(dòng)行走模型的價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：被動(dòng)行走 步態(tài) ADAMS仿真 行者一號(hào)
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-12
• 1.1 論文研究背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 本文主要內(nèi)容和安排11-12
• 第2章 被動(dòng)行走研究的一般方法12-19
• 2.1 一般步驟12
• 2.2 模型簡化12-13
• 2.3 建立動(dòng)力學(xué)方程13-17
• 2.3.1 擺動(dòng)階段15-16
• 2.3.2 碰撞階段16-17
• 2.4 模型Poincaré映射和步態(tài)分析17
• 2.5 實(shí)驗(yàn)（虛擬）樣機(jī)17-18
• 2.6 本章小結(jié)18-19
• 第3章 伸縮腿被動(dòng)行走模型的設(shè)計(jì)與建模19-30
• 3.1 基礎(chǔ)模型的簡要介紹19-23
• 3.1.1 被動(dòng)行走模型的發(fā)展19-20
• 3.1.2 簡單被動(dòng)行走模型20
• 3.1.3 Compass模型20-21
• 3.1.4 含上體被動(dòng)行走模型21-23
• 3.2 伸縮腿被動(dòng)走模型的設(shè)計(jì)23-25
• 3.3 伸縮腿被動(dòng)行走模型的數(shù)值建模25-29
• 3.3.1 擺動(dòng)階段25-27
• 3.3.2 碰撞階段27-28
• 3.3.3 伸縮腿被動(dòng)行走模型的正確性檢驗(yàn)28-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 第4章 伸縮腿被動(dòng)行走模型步態(tài)分析30-40
• 4.1 模型的Poincaré映射30-31
• 4.2 步態(tài)分析方法31-33
• 4.3 典型步態(tài)分析33-37
• 4.4 參數(shù)分析37-39
• 4.5 本章小結(jié)39-40
• 第5章 虛擬樣機(jī)測試與參數(shù)驗(yàn)證40-52
• 5.1 ADAMS軟件簡介40
• 5.2 虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)40-45
• 5.2.1 伸縮腿被動(dòng)行走器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41-42
• 5.2.2 伸縮腿被動(dòng)行走器參數(shù)設(shè)置42-44
• 5.2.3 伸縮腿被動(dòng)行走器初始狀態(tài)44-45
• 5.3 虛擬樣機(jī)仿真分析45-51
• 5.3.1 ADAMS仿真器參數(shù)設(shè)置46-47
• 5.3.2 ADAMS仿真實(shí)驗(yàn)與分析47-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 第6章 結(jié)束語52-54
• 6.1 主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)52
• 6.2 后續(xù)研究工作52-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 致謝59-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果60

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：852225