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腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究

作　者: 魏禹
导　师: 胡胜海
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 腿型跳跃机器人轨迹规划运动学动力学虚拟仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题的背景及研究意义  10
  1.2 跳跃机器人研究现状  10-15
    1.2.1 跳跃机器人的国外研究  11-13
    1.2.2 跳跃机器人的国内研究现状  13-15
  1.3 跳跃机器人联合仿真综述  15-16
  1.4 本课题主要研究内容  16-18
第2章腿型跳跃机器人机构设计及机构模型的建立  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 腿型跳跃机器人的机构设计  18-22
    2.2.1 袋鼠的生理结构  18-19
    2.2.2 腿型跳跃机器人的设计准则  19-20
    2.2.3 跳跃机器人的本体设计  20-22
  2.3 腿型跳跃机器人机构简化及坐标系的建立  22-24
    2.3.1 腿型跳跃机器人的机构简化模型  22-23
    2.3.2 腿型跳跃机器人坐标系的建立  23-24
  2.4 腿型跳跃机器人的跳跃机理  24
  2.5 腿型跳跃机器人跳跃过程冗余自由度的分析  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章腿型跳跃机器人跳跃过程的运动及仿真分析  26-40
  3.1 引言  26
  3.2 腿型跳跃机器人起跳相的轨迹规划  26-31
    3.2.1 起跳相机器人的质心运动方程  26
    3.2.2 起跳相机器人的运动学及仿真分析  26-29
    3.2.3 起跳相机器人的运动规划  29-31
  3.3 腿型跳跃机器人腾空相的轨迹规划  31-35
    3.3.1 腾空相机器人的质心运动方程  31-32
    3.3.2 腾空相机器人的运动学及仿真分析  32-34
    3.3.3 腾空相机器人的运动优化  34-35
  3.4 机器人关节优化前后的位姿对比图  35-36
  3.5 腿型跳跃机器人落地相的轨迹规划  36-39
    3.5.1 机器人的落地稳定性分析  36-38
    3.5.2 落地相机器人的质心运动方程  38
    3.5.3 落地相机器人的运动学及仿真分析  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章腿型跳跃机器人的动力学及仿真分析  40-48
  4.1 引言  40
  4.2 腿型跳跃机器人的拉格朗日动力学推导  40-41
  4.3 腿型跳跃机器人站立相的动力学分析  41-43
    4.3.1 站立相机器人的动力学方程  41-42
    4.3.2 站立相机器人的动力学仿真分析  42-43
  4.4 腿型跳跃机器人腾空相的动力学分析  43-45
    4.4.1 腾空相机器人的动力学方程  43-44
    4.4.2 腾空相机器人的动力学及仿真分析  44-45
  4.5 腿型跳跃机器人落地相的动力学分析  45-46
    4.5.1 落地相机器人的动力学方程  45
    4.5.2 落地相机器人的动力学及仿真分析  45-46
  4.6 本章小结  46-48
第5章腿型跳跃机器人传动系统及联合仿真研究  48-66
  5.1 引言  48
  5.2 腿型跳跃机器人传动系统分析  48-58
    5.2.1 同步带多体系统建模  48-49
    5.2.2 带传动装配的建模  49-51
    5.2.3 带节与带节之间柔性铰约束建模  51-53
    5.2.4 带节与带轮接触碰撞建模  53-55
    5.2.5 同步带系统仿真分析  55-58
  5.3 腿型跳跃机器人联合仿真分析  58-64
    5.3.1 概述  58-59
    5.3.2 ADAMS 与 MATLAB 仿真流程的设计  59-62
    5.3.3 联合仿真试验及分析  62-64
  5.4 本章小结  64-66
结论  66-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究

内容摘要

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