無膝雙足被動機器人的運動特性和穩(wěn)定性研究.pdf

1、雙足被動機器人具有簡單的結(jié)構(gòu)、少量的控制、自然的步態(tài)和類似于人類步行的能量效率等優(yōu)點，是機器人研究領(lǐng)域的一個嶄新而重要的分支，近年來已成為研究的熱點。當前被動機器人研究存在基礎(chǔ)理論尚不完善、運動機理尚不明朗和行走穩(wěn)定性差等問題。為了更準確地理解雙足被動機器人運動的本質(zhì)特征，加強模型研究對實際樣機研制的指導(dǎo)作用，本文采用了Matlab數(shù)值仿真和Adams仿真驗證的方法深入分析和研究了無邊輪輻和無膝雙足被動模型的運動特性及穩(wěn)定性問題，并通過

2、樣機實驗驗證了仿真分析的結(jié)論。
　　首先，給出無邊輪輻和無膝雙足被動機器人的物理模型，分析了模型結(jié)構(gòu)特征和運動特點。將其每步運動過程分為擺動和碰撞兩個階段，根據(jù)拉格朗日方程和角動量守恒方程準確建立這兩個模型的動力學(xué)方程。
　　其次，利用Adams對被動無邊輪輻進行動力學(xué)仿真，分析各參數(shù)，包括輪輻質(zhì)心初速度、輪輻質(zhì)量、輻條的足半徑、輻條數(shù)、輻條長度、轉(zhuǎn)動慣量和斜面坡度對無邊輪輻穩(wěn)定運動的影響；利用Matlab數(shù)值仿真和Adam

3、s仿真驗證的方法，詳細深入分析無膝雙足被動機器人運動特性；根據(jù)龐加萊映射的原理，利用局部線性化的理論和Newton-Raphson迭代方程求解了雙足被動機器人的穩(wěn)定不動點，并描述了機器人運動過程中可能出現(xiàn)的周期分岔現(xiàn)象；同時結(jié)合無邊輪輻和無膝雙足模型的特點，在Adams中構(gòu)建了帶軀體無膝被動模型并分析了其運動特點。
　　然后，根據(jù)龐加萊映射原理，利用局部線性化方法，通過求出模型雅克比矩陣特征值的模對無膝雙足被動模型局部穩(wěn)定性進行了

4、詳細分析；根據(jù)胞映射的理論通過求解模型穩(wěn)定吸引域的方法對雙足被動模型全局穩(wěn)定性進行分析，詳細分析了各參數(shù)（腿質(zhì)量、腿的質(zhì)心位置、足半徑、腿相對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量、腿長、斜面坡度和髖關(guān)節(jié)質(zhì)量）對機器人行走穩(wěn)定性的影響；同時分析各參數(shù)對被動機器人穩(wěn)定運動形態(tài)（步長、步速和步態(tài)周期）的影響；并用Adams驗證了通過提高髖關(guān)節(jié)質(zhì)量和增加足半徑能提高雙足被動模型的穩(wěn)定行走的魯棒性。
　　最后，根據(jù)雙足被動模型穩(wěn)定性分析的結(jié)論，獲得了被動模型一個