仿袋鼠跳躍機器人多剛體動力學研究.pdf

1、袋鼠跳躍具有速度快、立足面小、運動平穩(wěn)、能耗低等特點，特別適合在復雜地形和惡劣的環(huán)境中活動，因而仿袋鼠跳躍機器人在未來星際探索、軍事偵察等領域有著廣闊的應用前景。本文以研究符合袋鼠跳躍運動特征的機器人機構(gòu)為目的，通過建立仿袋鼠機器人機構(gòu)模型，進行仿袋鼠跳躍機器人機構(gòu)的動力學研究，揭示了袋鼠的跳躍運動機理，驗證了跳躍機構(gòu)模型的可行性。 本文首先在大量查閱和分析國內(nèi)外有關袋鼠、仿生機器人和跳躍機器人研究文獻資料的基礎上，綜述了當前仿

2、生彈跳機器人的研究現(xiàn)狀。并分析了袋鼠生物體的結(jié)構(gòu)和運動特點，研究了有關機器人多剛體動力學的分析方法。 其次，根據(jù)袋鼠的跳躍運動特點和肢體結(jié)構(gòu)特征，提出了仿袋鼠機器人四剛體系統(tǒng)的單腿跳躍機構(gòu)模型；分別就著地與騰空兩個階段，采用拉格朗日法，建立了相應的單腿跳躍機構(gòu)分析模型和多體系統(tǒng)動力學方程，給出了相應兩個階段的機器人質(zhì)心的運動學和關節(jié)驅(qū)動力矩的表達式；采用Matlab進行了相應動力學的仿真計算分析，獲得了機器人運動及動力特性的變化

3、規(guī)律。分析結(jié)果表明：跳躍機器人的踝關節(jié)是其在著地階段實現(xiàn)跳躍運動的關鍵，它的驅(qū)動力矩為最大，約為膝關節(jié)的2.5倍、髖關節(jié)的6倍；而髖關節(jié)和膝關節(jié)對機器人空中姿態(tài)起著主要調(diào)節(jié)作用，它們在騰空階段的驅(qū)動力矩遠大于踝關節(jié)的。這些結(jié)論對仿袋鼠跳躍機器人的設計具有參考價值。 再則，提出了仿袋鼠機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)動力學及動能變化方程，并通過對彈跳機器人跳躍運動關系的假設，進行機器人落地沖擊時的速度、能