仿跳甲机器人跳跃过程的运动分析及仿真

通过观察和分析老鹳草的生物模型和运动机理,设计了仿跳甲机器人的跳跃结构模型.借助D-H法建立跳甲的运动学方程进行分析,得到了跳甲跳跃过程的运动轨迹.建立质心的运动方程分析其质心运动情况,根据运动轨迹进行了跳甲的逆运动学分析,得到了每个关节角度的关系.最后利用ADAMS虚拟样机对机器人模型进行仿真,结果与生物学模型相似,因此可以证明,基于老鹳草跳甲的仿生跳跃机器人具有一定的可行性,并证明该分析方法是合理的.     

漏磁检测中油管螺旋传送装置运动学和动力学分析

对油管螺旋传送装置进行理论的运动学和动力学分析,建立油管运动的数学模型,使油管传送的速度与螺距的匹配,保证检测过程不产生漏检。建立四种油管传送过程的力学模型,对油管运动的平稳性进行分析。利用机械系统动力学分析软件ADAMS对油管螺旋传送部分进行运动学和动力学仿真分析,运动学仿真包括油管质心位置、质心速度、质心加速度等;动力学仿真则主要是油管在XYZ三轴方向上的具体受力情况。并且将理论分析与仿真结果进行对比,分析产生差异的原因,进一步优化模型。     

液压驱动六足跳跃机器人仿真分析

介绍了一种液压驱动跳跃六足机器人的模型,分别进行了该机器人侧面双腿和正面双腿竖直跳跃运动学分析与动力学分析。采用D-H法,提出了一种液压驱动六足跳跃机器人模型,并建立了其着地和腾空两阶段的运动学分析模型;采用拉格朗日方程分析其动力学,得到了该机器人结构在运动过程中各关节的输出力矩特性。最后基于Adams软件对双腿跳跃六足机构和其质心轨迹进行了仿真,分析了其跃障能力,优化了两种跳跃方式的跳跃倾角,并比较了这两种跳跃方式效率,仿真结果验证了六足机构的运动平稳性,较好的越障能力,侧腿跳效率更优,获得侧面和正面双腿跳跃的最佳倾角,为后续研究工作提供了理论支撑。     

面向助力机器人设计的人体负重楼梯行走下肢运动研究

利用Motion Analysis公司开发的步态分析系统对12名测试对象分别进行不同负重(0kg,10kg,20kg,30kg)的上楼梯行走实验,检测出上楼梯过程中,下肢关键点的三维坐标值及脚底与地面间的反作用力及力矩,通过建立人体下肢动力学模型,获得行走过程中下肢各关节的运动学及动力学行走数据,并分析出随着负重的增加,下肢各关节的运动变化特征。揭示了人体不同负重上楼梯过程中下肢各关节的运动机理,获得的运动学及动力学数据为下肢助力机器人的设计提供了重要的理论依据。     

人体下肢动作仿真综述

对国内外人体下肢运动建模仿真的研究情况进行了综述。人体下肢的数学模型主要分为运动学模型和动力学模型,人体下肢的运动仿真方法分为正向动力学和逆向动力学两种,现对其发展历程和研究进展进行了详细介绍,最后对人体下肢运动建模仿真的发展进行了讨论。     

仿蟋蟀机器人跳跃运动学研究

基于对蟋蟀的身体结构及运动的研究,提出了仿蟋蟀机器人跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地阶段的运动学方程,给出了机器人在跳跃过程中的运动姿态及躯体质心的运动轨迹表达式,建立了机器人躯体质心与关节转角间的微分运动关系及速度分析方法.结合实例对机器人进行了运动学仿真并对结果进行讨论.研究结果与生物学实测结果相近,从而证明了仿生跳跃机构模型的可行性和运动分析方法的有效性.     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

自适应跑步机人机跳跃交互稳定性分析与控制

自适应跑步机是虚拟现实环境中用于人机交互的重要设备,为了丰富其应用场景,针对跳跃运动模式下的交互控制技术展开研究。针对人体跳跃落地稳定性分析问题,综合考虑下肢骨骼及关节肌肉的联合作用,提出一种变刚度弹簧倒立摆模型,实验结果显示所提模型能够有效实现质心运动过程建模及跳跃稳定域分析,稳定性判断准确率为93.0%。在此基础上,为了提升交互过程中的人体落地稳定性,提出自适应跑步机跳跃交互控制策略,仿真和实验结果表明,所提方法能够有效提升人体落地稳定性。同时,所提方法能够有效降低下肢关节扭矩,膝关节峰值扭矩由230 N/m降低到210.7 N/m,踝关节峰值扭矩由143.6 N/m降低到131 N/m,可期减小人体跳跃落地过程中的运动损伤风险。     

基于机构运动学分析的人体下肢几何参数提取

由关节中心(轴)位置所确定的下肢几何参数是步态运动测量与分析的关键参数。已有的基于三维运动捕捉系统的步态运动测量应用中,人工干预因素较多,存在一定的主观性,从而对步态运动的测量信度产生显著的不利影响。针对这一问题,在对下肢环节和关节进行合理机构学简化的基础上,建立人体下肢多刚体运动学模型;通过下肢机构运动学分析,改进标志点设置方案;通过构造下肢运动的约束方程,充分利用大量的采样数据,推导了关节位置、模型几何参数的拟合算法。并通过试验验证测量方案及算法的有效性。     

大型游乐设施多姿态假人下肢省力驱动设计研究

为解决大型游乐设施传统检测方法可靠性低,进口假人与测试场景不匹配的问题,基于我国人体特征设计了多姿态假人下肢模型,以准确评估危险运行区间。对不同驱动模型进行运动学和动力学分析,基于Lagrange方程和动态静力分析法建立了驱动力矩与腿部转动角度之间的关系,确定了下肢仿人1:1模型的低力矩驱动方案;利用传感器获取角度数据,分析了人体姿态调整规律,从而确定了下肢模型的运动参数,进一步通过微控制单元实时获取和调整模型姿态数据,实现了假人站姿和坐姿的转变。实验结果表明：间接驱动机构的驱动力矩约为直接驱动力矩的1/4,实现了低力矩电机驱动大力矩下肢模型;间接驱动模型主动构件运动非线性,通过轨迹规划结合PID控制实现了姿态调整过程的非线性驱动和平滑启停。