伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真

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1、分类号TP24密级公开UDC621学位论文编号D-10617-308-(2016)-03058重庆邮电大学硕士学位论文中文题目伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真英文题目KineticModelingandSimulationofPassiveWalkingModelwithFlexibleLeg学学学号号号S130301057姓姓姓名名名唐唐唐俊俊俊学位类别工学硕士学科专业控制控制科学与工程控制科学与工程指导教师王平教授完成日期2016年年年5月月月重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要仿人机器人因为适合人的生活工作环境，所以是未来的发展趋势。而行走是仿人机器人最基本的功

2、能，成为这项研究的关键基础。目前仿人机器人大多采用主动行走方式，通过精确控制关节的ZMP轨迹来模仿人的步态，从而导致它们过于昂贵、沉重、复杂和低效。而被动行走具有结构简单、步态自然、能耗低等诸多优点，成为突破该难题的新途径。目前，被动行走的基础模型主要有简单被动行走模型、Compass模型和简单带上体被动模型等三个，但均存在脚擦地问题而不能直接应用。为此，本文在简单被动行走模型的基础上，提出全新的伸缩腿被动行走模型。在不增加自由度的前提下，克服了脚擦地的问题，同时该模型还具有自带被动上体、驱动简单高效等优点。主要工作如下：1.设计出伸缩腿被动行走模型解决被动行走脚擦

3、地问题，并利用Newton-Euler正交法推导出该模型的动力学方程。2.结合Poincaré映射方法，提出了新的不动点（平衡点）搜索算法。通过该算法寻找出伸缩腿被动行走模型的稳定参数，并通过分析典型步态特性总结该模型的步态特性。3.通过伸缩腿被动行走模型大斜坡步态仿真和误差初始值步态仿真的分析，得出该模型相比传统基础被动行走模型具有更高的稳定性。4.对伸缩腿被动行走模型的各个参数进行分析，总结各参数的意义以及对该模型步态的影响。5.使用ADAMS软件对伸缩腿被动行走模型进行虚拟样机仿真。通过对比虚拟样机仿真与数值仿真结果，验证了该模型动力学建模和数值仿真的正确性。

4、本文主要提出一种新型的伸缩腿被动行走模型，并通过动力学建模分析该模型的各参数和步态特性为后续样机的研制提供理论指导。在2015年10月27日，基于伸缩腿被动行走模型而设计的行走器样机——“行者一号”，打破了由Ranger保持多年的单次行走最远距离的世界纪录，更说明了本论文研究的伸缩腿被动行走模型的价值。关键词：关键词：被动行走，步态，关键词：ADAMS仿真，行者一号I重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractSincehumanoidrobotfitspeople’slivingandworkenvironment,itisfuturedevelopm

5、enttrend.Meanwhile,asthemostfundamentalfunctionofhumanoidrobot,walkinghasbecomethekeybasisofthisresearch.Atpresent,mosthumanoidrobotsadoptinitiative-walkingmode;theyimitatehumangaitbyaccuratelycontrollingarticularAMPtrack,whichcausedhighcost,heavyweightcomplexityandlowefficiency.Howeve

6、r,duetotheadvantagesofsimplestructure,naturalgaitandlowenergyconsumptionofpassivewalking,itbecomesthenewpathofbreakingthroughthisdifficulty.Atpresent,thebasicmodelsofpassivewalkingmainlyaresimplepassivewalkingmodel,Compassmodelandsimplestupperbodypassivemodel,buttheycannotbeapplieddire

7、ctlybecauseofthefrictionwithgroundbyfeet.Onthepremiseofnotaddingfreedomdegree,itovercametheproblemoffrictionwithgroundbyfeet;meanwhile,thismodelhasbuilt-inpassiveupperbodywithsimpleandefficientdrive.Themajorworkisasfollows:1.Todesignapassivewalkingmodelwithflexiblefeetandsolvetheprob