检索结果-南通市图书馆

作者：孙天仕哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

腿型跳跃机器人拥有自由度数多,避险能力强,地面接触面积小等优点,这些优点使其在恶劣环境尤其是未知环境下执行复杂任务时可以更加灵活,更加安全,适用更加广泛,对腿型跳跃机器人的研究将在特种工作及国防领域产生很高的应用价值。对于... 详细信息

腿型跳跃机器人拥有自由度数多,避险能力强,地面接触面积小等优点,这些优点使其在恶劣环境尤其是未知环境下执行复杂任务时可以更加灵活,更加安全,适用更加广泛,对腿型跳跃机器人的研究将在特种工作及国防领域产生很高的应用价值。对于机器人的整个跳跃运动周期而言,起跳阶段是最关键的,该阶段的运动性能直接决定了机器人的跳跃高度和距离。本文研究了一种双关节无弹性元件的腿型跳跃机器人,在分析了典型跳跃生物运动机理之后建立出机器人机构运动模型,针对起跳阶段完成正运动学及逆运动学分析,优化机器人的结构参数,并进行了样机实验。针对腿型跳跃机器人的机构运动模型问题,由于跳跃生物生理结构的复杂性,首先分析典型跳跃生物跳跃机理,之后采用生物运动力学原理中的模型理论简化典型跳跃生物的生理结构,结合生物跳跃特性和其相似性分析,简化出机器人的机构运动模型并建立坐标系。针对腿型跳跃机器人的轨迹规划问题,首先通过正运动学分析,结合可变五次多项式得到期望的机器人质心空间轨迹,之后从机器人质心空间逆运动学的角度,与规划出的质心轨迹相结合并基于自运动控制算法,通过优化得到符合避关节极限和避奇异要求的关节运动轨迹。针对腿型跳跃机器人的结构设计问题,选取速度方向可操作度作为指标来评价跳跃机器人在起跳方向上的运动能力,并分析了所选指标与各部分结构参数之间的关系,最后采用该指标为目标函数完成结构参数优化,得到使指标最大的各部分参数值。根据优化所得的参数值和实际实验要求,完成机器人本体设计,加工出实物样机,并搭建实验平台,使用规划得到的关节空间轨迹进行了实物样机实验。通过对实验结果的分析,说明机器人机构运动模型的可行性、轨迹规划的合理性和结构参数优化的有效性。本论文对双关节腿型跳跃机器人起跳阶段进行了上述研究,并通过样机试验实现了机器人的稳定跳跃,为后续科研工作提供一定的参考价值。

关键词：腿型跳跃机器人运动机理运动学轨迹规划速度方向可操作度

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腿型跳跃机器人起跳阶段运动学及动力学研究

腿型跳跃机器人起跳阶段运动学及动力学研究

作者：李林哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

腿型跳跃机器人是机器人研究领域的一个前沿课题，其起跳过程是一个多变量、变约束、欠驱动、非线性的运动学和动力学耦合过程，这为其关节空间起跳运动控制问题的研究带来了很大的技术难度。本文以双关节腿型跳跃机器人为研究对象，对... 详细信息

腿型跳跃机器人是机器人研究领域的一个前沿课题，其起跳过程是一个多变量、变约束、欠驱动、非线性的运动学和动力学耦合过程，这为其关节空间起跳运动控制问题的研究带来了很大的技术难度。本文以双关节腿型跳跃机器人为研究对象，对其起跳阶段进行了运动学和动力学分析，并研究了其在起跳阶段关节空间的运动规划问题。首先，在分析各种腿型跳跃生物生理结构与运动特征的基础上，设计并制作出了一种由电机和弹簧耦合驱动的腿型跳跃机器人，并抽象建立了一种表达机器人结构参数的机构简化模型。将腿型跳跃机器人起跳阶段划分为站立相和欠驱动相，利用坐标系相对转动的方向余弦矩阵并结合矩阵运算法则，建立了机器人在起跳过程中各构件质心与总质心的位置、速度和加速度模型，揭示了机器人各质心空间运动与结构参数和关节空间运动之间的耦合关系。其次，在腿型跳跃机器人运动学模型的基础上，通过质点系的达朗贝尔原理，建立了脚掌处地面反力的力学模型，并分析得到了机器人进入起跳欠驱动相的判断条件。考虑关节弹性和脚掌处地面反力的影响，分析了机器人在起跳阶段中的动能、势能和非保守广义力，采用Lagrange方法建立了机器人在起跳站立相和欠驱动相的动力学方程，并研究了腿型跳跃机器人起跳欠驱动相时脚尖处产生的二阶非线性运动约束。再则，在机器人起跳阶段运动学和动力学研究的基础上，分析了机器人的起跳离地条件，得到了质心运动的边界值条件，采用可变四次多项式插值方法首先规划出了机器人的质心运动轨迹。从机器人质心空间的速度水平上进行了逆运动学分析，求解出了机器人起跳站立相关节空间的运动轨迹。当机器人处于起跳的欠驱动相时，在机器人质心空间的加速度水平上，将欠驱动相产生的动力学运动约束融入到了逆运动学求解过程中，完成了机器人在起跳欠驱动相关节空间的轨迹规划。最后，依照规划出的关节空间运动轨迹，分别进行了虚拟样机和实物样机的起跳实验，将所得相关数据进行了分析和处理。实验现象和对比分析结果表明了机器人结构设计的合理性，验证了本文建立的相关运动学和动力学理论模型的正确性，说明了从质心空间的逆运动学角度进行机器人运动规划方法的可行性与实用性。本论文的研究工作，对腿型跳跃机器人理论建模和运动控制具有一定的参考价值。

关键词：腿型跳跃机器人运动学动力学运动规划起跳阶段

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腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究

腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究

作者：魏禹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：腿型跳跃机器人轨迹规划运动学动力学虚拟仿真

单腿跳跃机器人关节空间的轨迹规划及跳跃特性研究

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单腿跳跃机器人关节空间的轨迹规划及跳跃特性研究

作者：王茂林哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

有跳跃功能的腿式机器人能够极大限度地适应自然条件下复杂的非结构环境,在低重力的太空探索中优势更加明显。因此很有必要对腿型跳跃机器人进行研究。本文以带脚掌的单腿跳跃机器人为研究对象,建立了运动学和动力学模型,分析了跳跃过... 详细信息

有跳跃功能的腿式机器人能够极大限度地适应自然条件下复杂的非结构环境,在低重力的太空探索中优势更加明显。因此很有必要对腿型跳跃机器人进行研究。本文以带脚掌的单腿跳跃机器人为研究对象,建立了运动学和动力学模型,分析了跳跃过程中的约束,研究了跳跃全过程中关节空间的轨迹规划问题,分析了跳跃特性,并进行了实验研究。在对袋鼠和人的腿部生理结构分析的基础上,分析了影响生物跳跃运动性能的主要因素及机构运动模型,研究了跳跃机理。确定了腿型跳跃机器人设计准则,完成了腿型跳跃机器人实物样机的结构设计。针对具有脚掌的腿型跳跃机器人,分析了跳跃全过程的运动动作,包括站立相、欠驱动相、腾空相、落地相。在跳跃机器人的机构分析模型上,建立了全局坐标系、局部坐标系和广义坐标,确定了结构参数,利用D-H方法建立了机器人的运动学方程;运用拉格朗日方法建立了腿型机器人跳跃全过程的动力学方程。针对存在脚掌欠驱动的跳跃机器人,提出了基于能耗最小原则的关节空间的轨迹规划方法。在对跳跃全过程约束全面分析的基础上,确定了优化的设计变量、目标函数、优化算法和优化步骤。代入实际模型参数,用MATLAB仿真了关节空间轨迹,且得到了运动学、动力学特性曲线。针对跳跃机器人独有的跳跃特性,分别从跳跃稳定性、动力学、灵巧度方面进行了分析。分析了地面反力、ZMP(zero moment point)以及绕质心角动量;研究了脚掌转动对跳跃性能的影响、欠驱动关节的动力学耦合特性;给出了常用灵巧度指标以及基于质心运动方向的可操作度。用MATLAB进行了机器人的系统仿真,设计出了具体的控制器,最后进行了跳跃实验。实验结果分析表明:实现了跳跃指标,说明了基于能耗最小原则的轨迹规划方法对带脚掌的腿型跳跃机器人的适用性和正确性。本文研究的成果对带脚掌的腿型跳跃机器人关节空间的轨迹规划研究具有一定的借鉴作用。

关键词：腿型跳跃机器人欠驱动脚掌能耗最小轨迹规划稳定性