基于自适应结构的仿袋鼠机器人脚部研究及设计.pdf

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1、第5期机械设计与制造2012年5月MachineryDesign&Manufacture187文章编号：100l一3997(2012)05—0187—02基于自适应结构的仿袋鼠机器人脚部研究及设计木李岩葛文杰樊重庆(西北工业大学机电学院，西安710072)ResearchanddesignonthefootofthehoppingkangaroorobotbasedonadaptivestructureLIYan，GEWen_jie，FANChong—qing(SchoolofMechanicalEngineering，NorthwesternPolytechnical

2、University，Xi’an710072，China)十^●’4、．d、．q十4、量q十"、．、．1、簟、．、．、．、

3、、．qt、．、叠、．qHpH、t十一【摘要】根据袋鼠的生物结构特征，建立了仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用自适应结构的可控性，将其应用于仿生跳跃机器人领域，来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形以及在跳跃过程中脚部的变形。在SolidWorks中建立自适应结构脚的三维模型，运用拉格朗日方法建立机器人动力学方程，在此基础上，用ZMP法建立其落地稳定性的求解方程。结合实例仿真结果表明：具有自适应结构的变形脚有助于提高机器人在着地过程中的落地

4、稳定性，增大起跳时间和调整起跳角度。关键词：跳跃机器人：自适应结构；稳定性【Abstract】Arigid-fiexiblemodelisestablishedtoanalyzethehoppingkangaroorobotbasedonkan—garoo’Sbiologicalarchitecture．Usingthecontrollabilityoftheadaptivestructure，itisappliedtothebionichoppingrobotfield，SOthatthedeformationofthehoppingrobotfootisachiev

5、edatdifferentvelocitiesandatthedifferenttimeofthejumping．Thenathree-dimensionalmodeloffootwithadaptivestructurearees-tablishedinSolidWorks，erthatthedynamicsequationsareestablishedwiththeLagrangemethod，basedonwhichthesolvingequationforthestabilityisestablishedbyusingZMPmethod．Thesimulatio

6、nresuhsshowthatthedeformedfootwithadaptivestructuremayhelptoimprovethestabilityoflanding，increasethe￡nJce一timeandadjustthetake_Qangle．Keywords：Hoppingrobot；Adaptivestructure；Stability中图分类号：TH16文献标识码：A1引言对象，建立具有白适应能力的脚部模型，并进行实验验证运用拉格朗日方法建立了相应模型的动力学方程，建立了ZMP的求解方程。袋鼠的脚部在其跳跃运动中起了重要的作用，在落地时可有

7、论证具有柔性脚的机构模型具有更好的稳定性，在着地过程中具有效减缓地面冲击和振动，增大起跳速度和跃远度，降低跳跃运动的更好的运动平缓作用。能耗，提高着地阶段的运动稳定性。跳跃机器人在不同的跳跃速度下，通过脚部的轮廓变形以提高机器人的落地稳定。所以解决弹跳2仿袋鼠弹跳机器人模型的建立机器人的着地问题对弹跳机器人发挥其实际应用价值具有重要意2．1刚柔混合模型义。跳跃机器人的落地稳定性对研究其他运动形式的腿型机器人也有重要的参考价值。在仿生机器人运动稳定I生研究方面，美国麻省理工学院多足机器人实验室的Raibert教授等人还研制了一种名为“Uniroorobot”的机器人，有髋

8、、膝、踝等三个关节以及单自由度的尾关节，其各肢体构件由铝管焊接而成，踝关节处加一个扭簧以减小触地时的冲击m。一些国外科研人员根据双足机器人的动量矩规划质心运动的方法，在双足跑步机器人趾关节处安装弹簧，利用仿真验证其在跑跳运动的稳定^囡。一些国外科研人员将柔性脚引入双足步行机器人中，以达到适应路面不平整的情况，同样，在趾关节处加入柔性弹簧模拟人的脚趾，并验证该机构使得步行机器人的运动稳定性得到很大提高，同时起到缓冲储能的作用日。美国卡内图1机器人在低速图2机器人在高速基梅隆大学(camegieMellonUniversity)的J．C．Zu