考虑接触滑移的被动行走器行走步态研究

基于被动行走原理的被动行走器不同于主动控制行走器,它仅靠重力就能在下坡路面上呈现稳定的周期步态,其最大特点在于它的低能耗和自然步态。由于理论计算和试验的局限性,为了更直观地观察被动行走的行走步态,以及深入研究行走的足地接触过程,利用ADAMS建立带有圆弧足的直腿被动行走器三维模型。通过对被动行走器模型参数、接触参数以及初始条件的调整得到周期性稳定行走,并对周期性稳定行走给出极限环描述。同时,利用IMPACT接触模型得到了足地接触过程中的接触力、接触轨迹等信息,进一步对行走过程进行描述。当改变足地接触刚度与接触阻尼时,被动行走器出现了跳跃和周期性跳跃的现象;改变足地之间摩擦因数时,出现了滑动现象。通过对以上现象的研究,定性地分析足地接触参数对行走步态的影响。

圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究

传统的被动行走器动力学研究方法是将被动行走器模型视为双足轮流铰接于地面(或纯滚动)的倒立摆模型,并应用角动量守恒假设计算支撑腿转换时足地碰撞后的系统运动状态.但该方法不能分析足地之间的滑动现象、足地之间的非完全塑性碰撞现象和两足同时着地的情况.采用基于线性互补的非光滑动力学方法,给出了一种基于中点格式积分一步的时间步进方法,可以有效地分析足地间的摩擦和碰撞现象,应用该方法对被动行走器进行数值仿真,发现了两种新的周期性步态,一种是带摩擦滑动现象的步态,另一种是支撑足转换时发生多次碰撞现象的步态,数值仿真结果还表明,较大的摩擦系数和较小的法向恢复系数更有利于被动行走器实现稳定周期步态行走.

摩擦与滚阻对被动行走器步态影响的研究

本文研究了圆弧足被动行走器支撑足与地面间的摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响.首先分别利用扩展的赫兹接触力模型和LuGre摩擦模型描述了支撑足与地面接触点处的法向支撑力和切向摩擦力,并考虑了行走过程中支撑足所受的滚动摩阻;其次利用第二类Lagrange方程推导出了该系统的动力学方程,并通过与已有成果的对比确定了合适的LuGre摩擦模型参数;最后仿真分析了摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响.研究发现:摩擦系数的改变虽然对被动行走器行走的平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较小,但摩擦系数的减小会改变其行走步态类型,如发生倍周期分岔甚至混沌现象;然而,滚阻系数的改变会对行走器行走的平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较大,尚未发现滚阻系数的改变会引起其行走步态的变化.