仿蛙机器人起跳阶段动力学及仿真分析 - 应用科技 - 哈尔滨工程大学.pdfVIP

第４３卷第 １期 应　 　 　 用　 　 　 科　 　 　 技 Ｖｏｌ．４３ №．１ ２０１６年２月 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ． ２０１６ ＤＯＩ：１０．１１９９１／ ｙｙｋｊ．２０１５０５０１９ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１１９１．Ｕ１０１０．０２６．ｈｔｍｌ 仿蛙机器人起跳阶段动力学及仿真分析 芦晨军，孙军超，祁松 哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 １５０００１ 摘　 要：针对弹跳机器人高驱动功率的要求，设计了一种含有弹簧储能机构的间歇式跳跃仿蛙机器人。 为了分析机器人 在弹簧储能机构驱动下的起跳运动规律，对机器人起跳阶段的动力学进行了研究。 首先建立了简化的机器人机构模型， 并采用Ｄ⁃Ｈ方法建立了机器人起跳阶段的位置、速度和加速度方程；然后根据多刚体动力学拉格朗日方法推导了机器 人起跳阶段的动力学方程，并利用ＭＡＴＬＡＢ对拉格朗日方程进行数值求解，得到了机器人起跳阶段的关节角度变化规 律、质心运动轨迹和起跳完成时刻质心速度。 最后利用ＡＤＡＭＳ进行了起跳阶段的动力学仿真，验证了动力学方程数值 求解结果的有效性。 关键词：跳跃机器人；仿生机器人；多刚体动力学；欠驱动；拉格朗日方程 中图分类号：ＴＰ２４２　 　 　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 　 　 文章编号：１００９⁃６７１Ｘ（２０１６）０１⁃０５１⁃０６ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｎｉｃ ｆｒｏｇ ｒｏｂｏｔ ｉｎ ｔａｋｅｏｆｆ ｐｈａｓｅ ＬＵ Ｃｈｅｎｊｕｎ，ＳＵＮＪｕｎｃｈａｏ，ＱＩ Ｓｏｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｂｉｏｎｉｃ ｆｒｏｇ ｒｏｂｏｔ ｏｆ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｊｕｍｐｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｒｉｎｇ ｓｔｏｒｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅ⁃ ｍａｎｄ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｊｕｍｐｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｄｒｉｖｉｎｇ ｂｙ ｓｐｒｉｎｇ ｓｔｏｒｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｉｎ ｔａｋｅｏｆｆ ｐｈａｓｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｍｅｃｈａ⁃ ｎｉｓｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔａｋｅｏｆｆ ｐｈａｓｅ ａｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ Ｄ⁃Ｈ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｔａｋｅｏｆｆ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｈｅｒｏｂｏｔ ｉｓｄｅｒｉｖｅｄｂｙ Ｌａｇｒａｎｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉ⁃ｒｉｇｉｄ⁃ ｂｏｄｙ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｄ ｂｙ ＭＡＴＬＡＢ ｗｉｔｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ａｆｔｅｒ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｊｏｉｎｔ ａｎｇｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｓｓ⁃ｃｅｎｔｅｒ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｍａｓｓ⁃ｃｅｎｔｅｒ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｋｅｏｆｆ ｐｈａｓｅ ａｒｅ ｇｏｔ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｋｅｏｆｆ ｐｈａｓｅ ｉｓｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＤＡＭＳ，ａｎｄｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｏｌ