圆弧足被动行走机器人动力学参数影响研究

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。