山羊斜坡运动特性及其仿真研究

发布时间：2021-11-10 03:40

　　四足机器人是足式机器人中稳定性较好且易于控制的一类机器人。其结构复杂程度和冗余程度比较低,离散化的足端运动轨迹可以适应相对复杂的运动环境。四足机器人斜坡运动是四足机器人重要的运动环境之一,一直是四足机器人控制研究中的难点。在四足机器人斜坡运动的高效化、合理化方面,一直缺乏相应的基础理论研究。仿生学的发展为四足机器人斜坡运动能力的提升提供了新的研究思路。研究具有较好斜坡运动稳定性的四足动物运动特性,可以用于四足机器人斜坡运动的仿生设计。本文主要是,以山羊为研究对象,通过对山羊的斜坡运动进行实验研究,分析斜坡坡度对山羊斜坡运动时的运动学和动力学特性影响,并进行特征提取及分析。基于山羊运动特性的研究,进行四足机器人的结构和驱动仿生设计,并通过多体动力学软件进行仿真实验验证。为了研究山羊斜坡运动学和动力学特性,采用高速摄像机对山羊进行不同坡度（10°、20°和30°）的上下坡运动学实验,得到不同坡度条件下,山羊四肢关节夹角的运动变化数据,并进行数据处理与曲线拟合分析,获得山羊上下坡运动的关节运动曲线及其运动学方程。比较分析前后肢各关节角上下坡的运动学特性,结果表明随着坡度的增大,前后肢各关节的... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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绝影

第一章绪论7图1.11ZMP图1.12基于ZMP的四足机器人在四足机器人的坡面运动研究方面，已产生了一定的成果，且随着相关领域交叉学科的建设和发展，四足机器人斜坡运动所涉及到的技术领域也越来越广。但在四足机器人复杂地形运动研究中，仍存在许多不足，最主要的是在基础运动理论缺乏相应的依据,参考一些四足动物的复杂地形的运动，研究其运动机理，并进行四足机器人结构的仿生设计与运动仿生控制，可以提升四足机器人的运动适应性，拓展四足机器人的应用领域。1.4山羊运动机理研究现状山羊躯干离地高，骨骼坚实，四肢强壮，前肢比后肢粗壮有力，运动步态轻快敏捷，相对于其他偶蹄动物而言，躯干更小，足底附着能力更强，山羊表现出优越的平衡能力和运动能力，可以快速地在峭壁上辗转腾挪，并始终保持身体的平衡和稳定，同等类型的四足动物很难实现[35]。山羊这种典型的有蹄类动物，躯干刚度相对于一些猫科动物而言较大，却拥有非常好的运动平衡性，攀岩能力和地形适应能力很强，具有很好的研究价值。系统地研究山羊的运动特性，提取相关的运动参数进行数值建模，并将其相应的运动模式进行程式化，应用于四足机器人设计中，有助于提升四足机器人的运动能力，同时相关研究工作也具有一定难度。国内外对山羊生物运动机理已有一定研究。哈佛大学的一些学者通过实验，记录分析山羊在平地和15°斜坡运动的关节角随时间的变化，基于山羊关节转角和力矩，建立单腿的串行关节弹簧模型。基于模型分析山羊前后肢运动时关节力矩的变化情况[36]。加拿大伯纳比西蒙弗雷泽大学和哈佛大学开展了山羊的运动试验，对山

吉林大学硕士学位论文12图2.1波尔山羊本文主要是通过对山羊运动姿态的研究和相关动力学试验的数据分析来探讨山羊斜坡运动的运动学和动力学特性，山羊的骨骼结构特征，主要是通过查找相关资料获得，波尔山羊主要的躯体骨骼构成如图2.2所示。山羊在斜坡运动过程中，主要是靠四肢关节的耦合运动推动身体沿斜坡运动，上下坡的运动过程中，头部的调节对于身体质心的驱动也有一定的作用，山羊脊椎在斜坡运动中，变化幅度较小，因此，本文主要选择山羊四肢及其关节进行山羊运动中的相关研究。试验所选取的波尔山羊的主要尺寸如表2.1所示：图2.2波尔山羊骨骼结构1.头骨2.下颌骨3.颈椎4.胸椎5.肩胛骨6.肱骨7.桡骨8.尺骨9.腕骨10.掌骨11.指骨12.胸骨13.肋骨14.肋软骨15.腰椎16.荐椎17.尾椎18.髋骨19.股骨20.小腿骨21.跗骨22.跖骨23.趾骨表2.1实验山羊尺寸山羊身体结构腰椎胸椎股骨小腿骨跖骨肱骨尺骨掌骨尺寸（cm）4020222422182018


本文编号：3486502