双足被动步行稳定性的仿真研究

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1、重庆邮电大学硕士论文摘要摘要自1990年加拿大学者McGeer的开创性工作以来，被动步行由于其天生具有自然步态以及类似人类步行的能量效率，因此迅速吸引了双足机器人领域研究人员的注意，并逐步成为该领域的研究热点。当前被动步行研究基础理论尚不够完善，其中如何搜索稳定步态并分析其稳定性一直被认为是一个充满挑战性的问题，它通常仅能通过数值近似分析而无法得到更准确的结果。本文提出了一种分析被动步行全局稳定性的改进方法并仿真研究了经典被动步行模型的全局稳定性问题，同时还采用稳定性分析方法以及简化人类步行模型对人类步行的内在机理做了简单的验证。正文首先简单回顾了被动步行

2、的发展，其中大部分篇幅关注了被动步行的稳定性研究现状以及介绍了现有的在被动步行模型参数变化时稳定步态的局部以及全局稳定性分析的数值方法。在现有分析方法基础上对数值算法做了一定的并行化改进，通过定义吸引域的最小半径与最大半径作为稳定步态全局稳定性分析的特征量，本文提出了一种分析双足被动步行全局稳定性的改进方法。利用上述改进方法，对经典双足被动步行模型进行了全局稳定性的仿真分析，数值仿真了机械参数，环境参数变化下稳定单周期步态的吸引域结构；计算并绘制了吸引域最大最小半径的变化的特征曲线，详细分析了在斜坡倾角，质量比值变化对周期步态的全局稳定性的影响，并发现斜坡

3、倾角在有限范围内越大步态稳定性越好，但是在接近倍周期分岔临界角时吸引域结构被破坏。最后，基于一个简化人类步行模型以及双足被动模型局部稳定性的若干结论，初步验证并讨论了不同身体条件对人类行走速度的差异以及初始能量消耗的影响。～●关键词：双足被动步行，稳定不动点，全局稳定性，吸引域半径，人类行走，吸引域重庆邮电大学硕士论文AbstractRecentyears，thestudyofpassivewalkingisafascinatingfield．Ithasespeciallyattractedattentionofresearcherinthebipedro

4、boticsafterMcGeer’Sseminalpaper，whichwaspublishedin1990．Afterthat，theefficientapproachtosearchstablegaitsandanalyzeitsstabilityhaslongbeenconsideredasachallengingandrichproblem，whichwasusuallycarriedoutbynumericalcomputationroutines．Thethesischieflyseekstoprovideanimprovedapproach

5、toanalyzetheglobalstabilityofpassivewalkingandprovideasimpleverificationofinherentnatureofhumanwalkingbyasimplifyinghumanwalkingmodelandtheimprovedapproachoflocalstability．Section2openthethesiswithabriefoverviewoftheprogressofpassivewalking，thelargeandveryinterestingliteratureaddr

6、essingstabilityanalysisofpassivewalking，namely，numericalmethodsforanalyzinglocalstabilityandglobalstabilityofsteadygaitforvariouswalkingcondition．Animprovedapproachtoanalyzeandredefinetheglobalstabilityofpassivebipedwalkingisproposed，baseonthemaximumreachandtheminimumreachoftheatt

7、ractiveregionandaparallelnumericalcomputationmethod．Then，theglobalstabilityofclassicaldynamicmodelofpassivebipedswalkingwhichisinfluencedbytheenvironmentandmechicalparametersisstudiedbytheimprovedapproach．Simulationresultsverifytherelationshipbetweentheattractiveregionofpassivewal

8、kingandtheparameterslikegroundslo