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题名足地接触对被动行走机器人步态动力学行为的影响
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作者
高建设
郑子怡
宛磊
李奎
吴广良
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机构
郑州大学机械与动力工程学院
漯河医学高等专科学校第二附属医院
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出处
《郑州大学学报(工学版)》
北大核心
2025年第3期1-10,共10页
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基金
河南省医学科技攻关计划省部共建重点项目(SBGJ202102201)
河南省重点研发专项(241111242800)。
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文摘
为解决被动行走机器人步态研究中难以分析滑移、弹起等复杂步态的动力学行为的问题,搭建了一种考虑足地接触的圆弧足被动行走机器人模型,分析其在路面材料变化的复杂行走路况下表现出的多种行走模式,并揭示了多参数协同演化下的步态失稳机制。首先,引入赫兹接触模型与库仑摩擦模型描述足地间的法向接触力与切向摩擦力,使用第二类拉格朗日方程进行动力学建模;其次,通过改变接触参数模拟不同弹性与摩擦特性的行走路面,采用数值仿真对行走中的滑移、弹起、跌倒等现象进行研究,获得使机器人行走性能较好的足地接触条件;最后,使用分岔图、时间响应图等工具对机器人各结构参数协同演化时的行走步态进行分析。研究结果表明:摩擦系数大于0.24且阻尼系数大于4.37×10^(6) kg/(m^(1.5)·s)的足地接触环境是机器人稳定行走的必要条件,摩擦系数和阻尼系数的减小将分别使步态出现滑移和弹起,且摩擦系数对步态的影响占主导地位,两接触参数持续减小将使机器人摔倒;在结构参数中,髋关节质量及转动惯量的减小、足半径增大都更有利于机器人适应大范围的行走斜面角度;同时观察到,无论结构参数如何演化,机器人都将随着斜面角度的增大通过滑移而引发步态失稳。
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关键词
被动行走机器人
滑移
弹起
动力学分析
数值模拟
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Keywords
passive walking robot
slip
rebound
dynamics analysis
numerical simulation
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名圆弧足被动行走机器人动力学参数影响研究
被引量：2
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作者
张婉婉
高建设
高家昌
王高峰
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机构
郑州大学机械与动力工程学院
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出处
《机械设计与制造》
北大核心
2024年第2期198-203,209,共7页
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基金
河南省高等学校重点科研项目(19A460008)
国家自然科学基金资助项目(U1304510)。
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文摘
被动行走机器人运动特性主要取决于动力学参数的选择。为研究参数变化对机器人步态的影响,以圆弧足被动行走机器人为研究对象,利用拉格朗日方法建立动力学方程并进行了数值仿真。借助分岔理论研究了圆弧足半径、质心位置、转动惯量和斜坡倾角对机器人稳定步态的影响。采用正交扰动向量法求解被动行走机器人这种非光滑系统的李雅普诺夫指数,对分岔动力学进行了验证。结果表明:随着质心位置、转动惯量和斜坡倾角增大,机器人步态出现倍周期分岔现象,当圆弧足半径在特定区间内增大时机器人仍保持周期一步态,但足半径过度增大会导致步态失稳;另外,双参数研究中对圆弧足半径和质心位置联合作用下机器人稳定参数区间变化进行了分析,并且发现机器人步态呈现出逆倍周期分岔现象。该研究结果为未来双足步行机器人的优化设计和主动控制提供了重要参考。
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关键词
圆弧足被动行走机器人
动力学参数
分岔与混沌
李雅普诺夫指数
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Keywords
Passive Walking Robot with Arc Feet
Dynamic Parameters
Bifurcation and Chaos
Lyapunov Exponent
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分类号
TH16
[机械工程—机械制造及自动化]
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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