鸭脚趾触地阶段的运动学建模与分析

摘要

为了研制适应松软地面行走的仿生机器人,本文研究了鸭子行走时其脚部的运动特征及脱土原理。首先分析了鸭脚的显微结构与生物特征,然后对鸭子在松软地面上行走的图像进行捕捉和分析,使用D-H法构建了鸭脚的运动学模型,并利用雅可比矩阵给出了鸭脚掌各关节角速度与脚踝关节速度的表达式。通过计算,给出了鸭脚踝水平、竖直方向的位移曲线,与实验平台捕捉到的脚踝运动轨迹对比,验证了该运动学分析的正确性。研究发现鸭脚表皮具有减粘结构,脚趾在触地时快速下落,离地时逐节抬起,有利于减少粘附土壤;脚掌触地阶段踝关节水平位移约110mm,高度变化约55mm。