含有关节型腿机构四足机器人被动跳跃步态分析.pdf

A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Analysis on the Passive Bounding Quadruped of Articulated Leg Candidate: Miao Guohua Major : Mechanical Design & Theory Supervisor:Prof. Wu Changlin Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, May, 2007 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于(请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年月日日期: 年月保密□,在年解密后适用本授权书。不保密□。华中科技大学硕士学位论文 I 摘要本文分析了含有关节型弹性腿机构的四足机器人的被动跳跃运动特性。首先介绍和分析了国内外目前弹性腿机构和四足机器人研究现状。利用数据拟合分析了一种关节型腿机构的非线性刚度特性,将此模型等效为质量弹簧倒立摆来分析关节型腿机构的被动跳跃步态特性。应用拉格朗日方程获得了该倒立摆模型被动跳跃步态的运动方程和质量弹簧倒立摆在跳跃运动周期中各运动相的转换条件。接着简要介绍了四足机器人的基本步态,并且分析了一个完整跳跃步态中的四个运动相。然后利用关节型腿机构的等效腿模型建立了四足机器人跳跃步态模型,对模型进行了相应的假设,然后应用于分析含有关节型腿机构的四足机器人被动跳跃步态特性。运用拉格朗日方程推导了四足机器人模型在被动跳跃步态各运动相的运动方程,根据跳跃步态特征提出了基于事件的各运动相转换条件。然后分别定义了质量弹簧倒立摆模型和四足机器人模型在被动跳跃步态时的庞家莱映射和庞家莱截面,应用数值方法获得了质量弹簧倒立摆模型和四足机器人模型在被动跳跃步态的庞家莱映射。利用牛顿迭代法分别获得了质量弹簧倒立摆模型和四足机器人模型的庞家莱映射的某个不动点,在Matlab中以此不动点的状态变量作为初始运动条件应用Runge-Kutta算法对两种模型在被动跳跃步态运动方程数值计算,证明了等效质量弹簧倒立摆和四足机器人以某不动点为初始条件下能够实现稳定的被动跳跃步态。关键词:质量弹簧倒立摆,被动跳跃步态,拉格朗日方程,庞家莱映射,牛顿迭代算法, Runge-Kutta算法华中科技大学硕士学位论文 II Abstract In this thesis, the passive bounding quadruped consisted of articulated legisanalyzed. Currently research of flexibilityleg and quadrupedare introduced and data fitting method,thenonlinearstiffnesscharacteristic of an articulated legis analyzed. In order to analysis the passive bounding motion of the articulated leg, it isequivalent toa spring loaded inverted pendulummodel(SLIP). The passivebound dynamics and the each of phase transition conditionof theSLIPmodelare obtainedusing Euler-Lagrange method. Then brieflyintroduce some basic gaits of quadruped robotand analysis four motion