关键词：
四足仿生机械
微分-代数混合方程组(DAE)
仿真
运动学
动力学
摘要：
四足仿生机械有很强的环境适应性和运动灵活性,应用广泛。但是目前研制四足仿生机械速度慢、载荷能力低、稳定性差等特点制约着其发展。为了提供四足仿生机械能高速稳定地运动,本文主要对四足仿生机械进行仿真和动力学分析,从而将其研发成为动作更灵活、更稳定,速度更快的高性能旅游用机器人。论文的主要内容有:
(1)、建立了四足仿生机械的后足系统模型的数学模型,然后对该模型进行运动学分析,主要讨论模型中的足端、杆件和铰链的运动性能。同时还研究模型的奇异构型、自由度和冗余约束等进一步的运动学性能。
(2)、对于数学模型中的的多刚体系统动力学方程组(DAE),常用的解法有:直接法、违约稳定法、广义坐标分块法、奇异值分解法。本文分别详细介绍各解法的原理、推导过程,并通过本论文的模型对它们作算法性能比较分析。
(3)、利用广义坐标分块法,对后足系统数学模型进行仿真和动力学分析,研究了该模型的约束力和能耗分析等动力性能。运用Adams机械系统仿真软件,对四足仿生机械的整体模型在不同情况下的着地仿真和碰撞动力学分析。
课题结果表明:对DAE方程常用的四种算法进行算法性能比较,发现广义坐标分块法违约小,求解结果准确,适用于四足仿生机械系统或类似仿生机械的多体系统。各足部件中旋转铰二和旋转铰五为最主要的两个受力旋转铰,是四足仿生机械模型传递冲击和能量的关键铰链,
本课题研究的新颖之处是DAE方程算法分析、四足仿生机械数学模型及其动力学性能分析。研究结果对改善模型运动性能、稳定性、灵活性具有重要的意义,为四足仿生机械的进一步研发工作拓新的思路和方法。
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