基于ADAMS的大壁虎爬行的动力学仿真分析

摘要

以动物体为对象研究其建模方法，分析其运动学和动力学性能，是仿生机械研究的重要方法之一。本文首先从动物解剖学理论出发，详细地分析了大壁虎的骨骼、关节和运动肌等身体结构。运用反求图像和计算相结合的方法，获得了建模所需的几何和运动参数。建立简单的空间运动模型，经过多次试算，找到大壁虎的最佳空间建模状态。然后结合多体系统动力学理论，对壁虎身体结构进行了适当的简化，应用机械系统动力学仿真软件ADAMS中建立了大壁虎的三维多刚体动力学模型及其运动环境。根据分析目的不同，建立了相应的分析模型，依次进行了以下四种运动学或动力学仿真：身体质心处施加驱动的运动学仿真并将仿真得到的关节角度变化与实验数据对比；施加关节驱动的四腿运动学仿真；脚掌与地面间作用力的动力学仿真并将计算结果与已有实验数据对比；四腿关节驱动的动力学仿真。最后，得到了大壁虎在水平地面爬行时关节驱动力矩随时间的变化规律。
　　 大壁虎动力学建模和水平地面爬行仿真的研究，为进一步研究壁虎在陡壁、天花板等的爬行规律和研制仿壁虎爬壁机器人的物理样机打下了一定的基础，也为其它仿生机器人的研究提供了方法参考。