單足跳躍機(jī)器人多體動(dòng)力學(xué)建模與仿真.pdf

1、單足跳躍機(jī)器人具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力并且涉及氣動(dòng)與液壓伺服、不穩(wěn)定系統(tǒng)自動(dòng)平衡、多自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究,是機(jī)器人研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。本文的研究目標(biāo)為:研究單足跳躍機(jī)器人彈跳腿在雙液壓缸驅(qū)動(dòng)下相對(duì)機(jī)身繞球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)力學(xué)特性,為研究機(jī)器人自平衡的控制方法奠定基礎(chǔ)。
　　根據(jù)單足機(jī)器人跳躍過(guò)程中彈跳腿相對(duì)機(jī)身的運(yùn)動(dòng)要求,完成了兩者通過(guò)球鉸連接、兩個(gè)液壓缸缸體與機(jī)身球鉸連接、與彈跳腿分別通過(guò)虎克

2、鉸和轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),根據(jù)彈跳腿在雙液壓缸驅(qū)動(dòng)下繞球鉸可以進(jìn)行三維轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性,應(yīng)用空間幾何學(xué)的基本原理建立了彈跳腿相對(duì)機(jī)身任意空間位置與液壓缸活塞桿伸出長(zhǎng)度關(guān)系的機(jī)器人逆解方程,建立了液壓缸活塞桿伸出長(zhǎng)度與彈跳腿相對(duì)機(jī)身姿態(tài)的機(jī)器人正解數(shù)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)機(jī)器人在跳躍過(guò)程中緩沖階段初始條件、約束條件和受力狀況的深入分析,分別建立了氣缸活塞桿、缸體、機(jī)身、液壓缸體、液壓缸活塞桿的動(dòng)力學(xué)方程,進(jìn)而得到了機(jī)器人多體動(dòng)力學(xué)模型。
　

3、　在MATLAB上建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和多體動(dòng)力學(xué)仿真模型并進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果表明彈跳腿相對(duì)機(jī)身的兩個(gè)轉(zhuǎn)角與兩個(gè)液壓缸活塞桿的伸出長(zhǎng)度均呈現(xiàn)復(fù)雜的空間曲面關(guān)系,得到了彈跳腿的任意空間位置與兩個(gè)液壓缸活塞桿伸出長(zhǎng)度一一對(duì)應(yīng)的機(jī)器人逆解,通過(guò)分析機(jī)器人結(jié)構(gòu)對(duì)彈跳腿相對(duì)機(jī)身運(yùn)動(dòng)的限制,得到了兩個(gè)液壓缸活塞桿在伸縮時(shí)驅(qū)動(dòng)彈跳腿運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)唯一正解。通過(guò)對(duì)機(jī)器人在緩沖階段各部件相對(duì)地面坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)規(guī)律的仿真分析,得到了機(jī)器人各部件絕對(duì)運(yùn)動(dòng)