圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究

admin · 发表于 2023-10-18 15:14:29

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雅宝题库解析：
被动行走器是近年来步行机器人研究的热点之一。被动行走器在不需要任何驱动力和控制器的情况下，可以稳定的走下斜坡，并呈现出周期步态。被动行走器具有自然的步态和较高的能量利用效率，对于这一类题目的研究有利于更进一步的理解人类行走的原理，对机器人的设计以及医学假肢的设计有指导意义。被动行走是一个复杂且有趣的现象，引起国内外学者的广泛研究，但以往的动力学仿真研究几乎都是基于McGeer的Step-to-step方法，该方法易于理解，计算效率高，但是采用了过多的假设，对于行走器足地接触过程中的滑动现象，弹性碰撞现象，双足着地现象等在都无法分析。平面圆弧足被动行走器模型可视为具有单边约束的多刚体系统。基于包含和互补方法的非光滑单边约束多体系统动力学方法已经被完善的建立起来了，应用该方法可以有效的解决多点摩擦碰撞题目。目前含多点接触单边约束系统的非光滑动力学研究取得了大量的研究成果，时间步进法（time-stepping method）是有效的数值仿真方法。本文采用非光滑方法，分别仿真了圆弧足直腿被动行走器和带膝关节被动行走器模型，得到了许多新的现象和步态。当被动行走器足地间碰撞为弹性碰撞时，直腿和带膝关节被动行走器模型都可以实现稳定周期步态行走。对直腿模型，当摩擦系数较小时，被动行走器可以形成稳定的带周期性滑动的步态。本文带膝关节被动行走器模型膝关节没有锁死，在膝关节处添加了挡板和扭簧。即使在库伦摩擦系数较大和塑性碰撞条件下，膝关节依旧有多次碰撞现象。在支撑腿膝关节第一次碰撞后，支撑腿和地面间发生相对滑动现象。滑动，足地碰撞，膝关节碰撞是带膝关节被动行走器能量耗散的三个主要原因。我们还研究了滚阻对带膝关节被动行走器模型步态的影响。

圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究

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