仿蟋蟀機(jī)器人跳躍運(yùn)動(dòng)性能的研究.pdf

1、隨著機(jī)器人應(yīng)用的日益廣泛，機(jī)器人面臨的工作環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，這就要求機(jī)器人必須具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)和自主運(yùn)動(dòng)能力。蟋蟀跳躍具有速度快、距離長(zhǎng)、能耗少、對(duì)地面環(huán)境要求低、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，特別適合于在復(fù)雜、惡劣的環(huán)境中活動(dòng)，因此仿蟋蟀跳躍機(jī)器人在星際探索、軍事偵察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以研究符合蟋蟀跳躍運(yùn)動(dòng)特征的仿蟋蟀機(jī)器人機(jī)構(gòu)為目的，通過(guò)建立仿蟋蟀跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行跳躍運(yùn)動(dòng)性能研究，為實(shí)現(xiàn)仿蟋蟀跳躍機(jī)器人的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)控制奠定理

2、論基礎(chǔ)。
　　 在查閱和分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的跳躍機(jī)器人和仿生機(jī)器人的研究理論與方法，確立了仿蟋蟀跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型的理論基礎(chǔ)。
　　 基于對(duì)蟋蟀的身體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)的分析，建立了仿蟋蟀機(jī)器人跳躍機(jī)構(gòu)的分析模型以及著地階段起跳過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，給出了機(jī)器人在跳躍過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及軀體質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡表達(dá)式，建立了機(jī)器人軀體質(zhì)心與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角間的微分運(yùn)動(dòng)關(guān)系及速度分析方法。結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)

3、行討論。其結(jié)果與生物學(xué)實(shí)測(cè)結(jié)果相近，從而證明了仿生跳躍機(jī)構(gòu)模型的可行性和運(yùn)動(dòng)分析方法的有效性。
　　 在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析基礎(chǔ)上，基于機(jī)器人機(jī)構(gòu)本身的屬性，通過(guò)速度雅可比矩陣，定義機(jī)構(gòu)速度和力方向可操作度，度量仿蟋蟀機(jī)器人機(jī)構(gòu)跳躍的著地階段起跳過(guò)程中，在操作空間中的速度和力傳遞性能。以仿蟋蟀機(jī)器人機(jī)構(gòu)速度和力方向可操作度為性能指標(biāo)，在廣義逆解的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人雙腿各關(guān)節(jié)軌跡的優(yōu)化，并通過(guò)計(jì)算實(shí)例驗(yàn)證了優(yōu)化方法的可行性。
　　

4、 應(yīng)用拉格朗日方法建立仿蟋蟀跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)在著地階段起跳過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)方程，求解腿部各關(guān)節(jié)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩，并結(jié)合實(shí)例對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力特性進(jìn)行了仿真分析。同時(shí)，利用扭轉(zhuǎn)彈簧模擬蟋蟀后腿中的關(guān)節(jié)柔性和肌肉的儲(chǔ)能作用，建立了仿蟋蟀跳躍機(jī)器人后腿的偽剛體機(jī)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)了腿部各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的優(yōu)化。
　　 利用ADAMS建立了仿蟋蟀跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型，進(jìn)行了著地階段起跳過(guò)程以及騰空階段的運(yùn)動(dòng)仿真，給出了軀體質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(