腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究

摘要

跳跃机器人具有结构的多变性、运动的灵活性和应用的适应性,因此,具有很好的研究价值和应用前景。本文以腿型跳跃机器人为研究对象,建立了机构模型,进行了运动学和动力学分析,并对跳跃过程中关节空间进行了规划和虚拟样机仿真研究。
　　首先,在分析各种跳跃生物生理结构的基础上,设计了一种腿型跳跃机器人,并建立了一种表达机器人结构参数的机构模型。将机器人在跳跃过程中的冗余自由度进行分析。
　　其次,建立了机器人跳跃过程中各构件质心与总质心的位置,速度和加速度模型,采用可变四次多项式插值法规划出了机器人的质心运动轨迹,由于机器人在起跳相和腾空相存在冗余自由度,对此阶段通过运动学方程求解出的机器人关节轨迹进行优化,与未优化之前对比。机器人在落地相时,由于没有冗余自由度,故基于软着陆原理对机器人进行运动学仿真分析。
　　再则,在腿型跳跃机器人运动学模型的基础上,分析了机器人在跳跃过程中的动能、势能、和广义力,分别应用拉格朗日法建立了机器人在起跳相、腾空相和落地相的动力学方程,并对动力学方程进行了仿真,完成了机器人在跳跃过程中的动力学分析。
　　最后,对腿型跳跃机器人的传动系统进行仿真。分别应用ADAMS和MATLAB中的Simulink建立跳跃机器人的动力学模型和控制模型,通过ADAMS与Simulink的接口模块,实现了基于ADAMS与MATLAB联合仿真平台的机器人的虚拟样机模型的建立,并对机器人的跳跃全过程进行了仿真分析。
　　本论文对腿型跳跃机器人的研究成果,对腿型跳跃机器人在跳跃过程中的理论建模和运动控制具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 跳跃机器人研究现状

1.3 跳跃机器人联合仿真综述

1.4 本课题主要研究内容

第2章 腿型跳跃机器人机构设计及机构模型的建立

2.1 引言

2.2 腿型跳跃机器人的机构设计

2.3 腿型跳跃机器人机构简化及坐标系的建立

2.4 腿型跳跃机器人的跳跃机理

2.5 腿型跳跃机器人跳跃过程冗余自由度的分析

2.6 本章小结

第3章 腿型跳跃机器人跳跃过程的运动及仿真分析

3.1 引言

3.2 腿型跳跃机器人起跳相的轨迹规划

3.3 腿型跳跃机器人腾空相的轨迹规划

3.4 机器人关节优化前后的位姿对比图

3.5 腿型跳跃机器人落地相的轨迹规划

3.6 本章小结

第4章 腿型跳跃机器人的动力学及仿真分析

4.1 引言

4.2 腿型跳跃机器人的拉格朗日动力学推导

4.3 腿型跳跃机器人站立相的动力学分析

4.4 腿型跳跃机器人腾空相的动力学分析

4.5 腿型跳跃机器人落地相的动力学分析

4.6 本章小结

第5章 腿型跳跃机器人传动系统及联合仿真研究

5.1 引言

5.2 腿型跳跃机器人传动系统分析

5.3 腿型跳跃机器人联合仿真分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢