仿袋鼠跳跃机器人多刚体动力学的研究

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1、西北工业大学硕士学位论文仿袋鼠跳跃机器人多刚体动力学研究姓名：詹望申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：葛文杰20070301摘要袋鼠跳跃具有速度快、立足面小、运动平稳、能耗低等特点，特别适合在复杂地形和恶劣的环境中活动，因而仿袋鼠跳跃机器入在未来星际探索、军事侦察等领域有着广阔的应用前景。本文以研究符合袋鼠跳跃运动特征的机器人机构为目的，通过建立仿袋鼠机器入机构模型，进行仿袋鼠跳跃机器入机构的动力学研究，揭示了袋鼠的跳跃运动机理，验证了跳跃机构模型的可行性。本文首先在大量查阅和分析国内外有关袋鼠、仿

2、生机器人和跳跃机器人研究文献资料的基础上，综述了当前仿生弹跳机器人的研究现状。并分析了袋鼠生物体的结构和运动特点，研究了有关机器人多刚体动力学的分析方法。其次。根据袋鼠的跳跃运动特点和肢体结构特征，提出了仿袋鼠机器人四刚体系统的单腿跳跃机构模型；分别就着地与腾空两个阶段，采用拉格朗日法，建立了相应的单腿跳跃机构分析模型和多体系统动力学方程，给出了相应两个阶段的机器人质心的运动学和关节驱动力矩的表达式；采用M甜ab进行了相应动力学的仿真计算分析，获得了机器人运动及动力特性的变化规律。分析结果表明：跳跃机器人的踝关

3、节是其在着地阶段实现跳跃运动的关键，它的驱动力矩为最大，约为膝关节的2．5倍、髋关节的6倍；而髋关节和膝关节对机器人空中姿态起着主要调节作用，它们在腾空阶段的驱动力矩远大予蹂关节的。这些结论对仿袋鼠跳跃机器人的设计具有参考价值。再则，提出了仿袋鼠机器人落地冲击阶段的模型，并用拉格朗日法得到了此阶段的系统动力学及动能变化方程，并通过对弹跳机器人跳跃运动关系的假设，进行机器人落地冲击时的速度、能量损失率及地面反力的变化进行了仿真计算分析。。最后，利用A】)AMS建立了仿袋鼠机器人四刚体模型，进行了着地阶段的动力学仿

4、真分析，给出了机器人各关节的驱动力矩的特性曲线。分析结果与前面基于Matlab分析的结果是相吻合的，从而验证了该机器人动力学建模及其分析方法的正确性和有效性。关键词仿生，跳跃，袋鼠，机器人，多刚体AbstractK锄garoohoppingisadamedt0thecomplicaled锄drough掣oundaⅣiromnentbecaI娣ofi臼ch扰吼cfis虹∞such勰hi咖vcloci劬l懿slandinga蝴，wellgtability姐d10we彻_gyc0蜩l叫monItisbeI西cdtha

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