导读:本文包含了被动行走器论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:非对称被动行走器,双足步行,动力学建模,倍周期分叉
被动行走器论文文献综述
王海虎,王青云,赵振[1]（2019）在《带膝关节非对称被动行走器的步态动力学建模与分析》一文中研究指出被动行走是一种高能效、步态自然的行走方式,被动行走器仅依靠重力就能在很小的下斜坡路面上呈现出稳定的周期步态。自20世纪90年代以来,被动行走器一直是机器人研究领域的热门研究方向。前人通过对人类行走过程中腿部肌肉的肌电信号变化规律的研究表明,人类行走时在蹬地过程中肌肉处于收缩状态,系统机械能增加,随后肌肉就开始进入放松状态,系统机械能基本不变,处于一种被动行走状态。这与被动行走器在斜面上的行走方式非常相似,这也表明以被动行走器为研究对象来研究人类行走是一种可行的方案。但在已经开展的被动行走器研究工作中,其研究对象基本为对称行走器,国外虽有部分学者开展过非对称被动行走器的相关研究,但其研究对象均为直腿行走器,这对于研究行走来说是不够全面,也不符合实际的。首先,直腿行走器是一种非常简单的行走器模型,在行走过程中,当左腿和右腿重合时,很容易出现刮地现象,虽说仿真中可以设臵一些条件将这种情况忽略,但物理样机却必须采取一些复杂措施来避免这一问题,而且这与人类实际行走情况是不符合的。其次,双足平衡稳定性在保障人类高效行走及安全的过程中有着重要作用,但现实中很多人由于腿部缺陷,其行走步态呈现出非对称现象,这不仅为他们的行走带来了困难,也给他们心理上造成了很大压力。调研结果表明,长短腿(Leg Length Discrepancy,是一种人体下肢结构或功能上不对称的症状)现象和非对称步态现象占总人口比例的70%左右,其腿长差异从3mm到60mm不等。此外,在对称被动行走器样机或双足机器人制作过程中,由于加工误差的存在,结构非对称现象也会出现。由此可见,我们有必要针对带膝关节且具有非对称结构的被动行走器开展更为深入的研究。因此,我们基于前人在对称被动行走器上的研究成果,以带膝关节非对称被动行走器模型(以下简称模型)为研究对象,首先采用Lagrange方法建立其左右腿分别支撑时的连续动力学方程,再运用冲量动量方法获得其中的碰撞映射方程,进而得到模型的复合混杂系统方程。然后在MATLAB平台上,运用事件驱动法建立模型的数值仿真模型,利用点映射方法得到了模型稳定运动的初始条件,首先将模型设臵为对称结构,通过数值仿真与前人的研究结果进行比对,验证数值仿真模型的正确性;然后我们研究了非对称被动行走器的左右腿长度比例(左右腿质量及转动惯量随腿长变化)对模型的行走周期、大小腿的最大摆动角度、速度等步态特征的影响,在此,我们以腿长比例为分岔参数,得到了行走器步态随腿长比例变化的分岔图;此外,我们还研究了斜面倾角对非对称被动行走器步态的影响,并以斜面倾角为分岔参数,得到了行走器步态随斜面倾角变化的分岔图。研究表明只要存在非常小的结构非对称差异,行走器就会出现双倍周期的跛行步态,在腿长差异达到一定程度时,将会出现四倍周期的步态,继续变化腿长比例,会继续出现八倍周期、十六倍周期,进而演化为混沌步态。在腿长比例达到某一零界点之后,将再也不能找到稳定的被动行走步态。在斜面倾角变化时,非对称被动行走器的步态也会出现类似的倍周期分岔现象,当将其与对称情况进行对比时会发现,非对称模型会将行走器的分岔点提前很多,而且也更容易摔倒。以上结论与临床上长短腿症状的一些研究结果是非常吻合的。综上所述,通过对带膝关节非对称被动行走器的研究,不仅可以进一步完善双足机器人领域的研究工作,进而为有驱动双足机器人的设计制作提供借鉴和依据,还可以为临床病理性非对称步态治疗、外骨骼助力设备研制、义肢设计以及假肢适应性训练提供理论指导。(本文来源于《北京力学会第二十五届学术年会会议论文集》期刊2019-01-06）
郑旭东,王琪,王晓军,张润森[2]（2016）在《圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究》一文中研究指出被动行走器是一种可仅依靠自然力以及其自身结构,而实现稳定行走的一种机构。被动行走概念最早是McG eer在1989年提出的。国外有许多对被动行走器的仿真研究均基于McG eer的假设,即将被动行走过程视为两腿交替铰接于地面的倒立摆模型;足地发生碰撞时,应用角动量守恒假设计算系统碰撞后的两个腿的角速度。虽然取得了很多有意义的成果,然而也存在以下不足:难以分析足地接触时可能存在的滑动现象;难以分析足地接触过程的非完全塑性碰撞现象;不能分析两腿同时着地的情况。在国内,北航的段文杰基于库仑干摩擦模型和牛顿碰撞恢复系数方法,建立了被动行走器的动力学模型;利用线性互补方法,给出了被动行走器时间步进算法,能够仿真足地间完全塑性碰撞下无滑动和有滑动的两种行走步态,但该方法需假设动静摩擦系数相等。清华大学的祁峰,基于赫兹粘弹性接触模型,建立了被动行走器的动力学模型,用实验和数值仿真方法验证了该模型的合理性,但其中足地间的摩擦采用的是修正的库伦摩擦模型,不易全面反应静摩擦力特性。本文在上述研究工作的基础上,采用不同于McG eer的假设,在足地接触过程中,法向采用赫兹粘弹性接触模型,将法向接触力表示为局部变形量以及该变形量对时间的一阶导数的非线性函数,可以较好地描述足地间的接触力;切向采用库伦干摩擦模型,可以较好地反映足地间粘滞-滑移(stick-skip)现象;应用第二类Lagrange方程建立了被动行走器的动力学方程,应用线性互补方法,给出了基于事件驱动法的数值计算方法,对被动行走过程进行了数值仿真。本文通过选择合适的系统参数和初始条件,分别仿真了足地间支撑腿无弹跳无滑动、支撑腿无弹跳有滑动,支撑腿有弹跳无滑动,以及走动几步后静止站立等四种情况,验证了本文给出被动行走器力学模型以及数值算法的的合理性和有效性,该方法更易于全面分析被动行走器的动力学特性。(本文来源于《第十届动力学与控制学术会议摘要集》期刊2016-05-06）
李永[3]（2016）在《窄足3D半被动行走器步态稳定性与研究》一文中研究指出半被动行走器以其步态自然拟人、能耗低、控制简单等优点成为研究机器人研究领域的重点研究对象之一。自19世纪末到现在,各国研究者都推出了自己的半被动行走器。这些半被动行走器有的是2D半被动行走器,有的是3D半被动行走器,但是两种半被动行走器都有很显着的缺点,本文针对这些缺点提出了窄足3D半被动行走器的设计及其建模方法。主要工作如下:1)通过对国内外半被动行走器的研究分析,总结出现存的3D半被动行走器普遍具有宽大的足部作支撑、物理建模过程极其复杂等问题。本文创新性的提出具有小巧足部的3D半被动行走器的设计,并通过动态行走解决了半被动行走器的平衡问题。此外本文提出了一种简化3D模型的建模方式,该建模方式将叁维面内半被动行走器的运动分解为两个矢量面内的运动,同时分别对这两个矢量面内的运动建立动力学模型并进行分析。通过这种建模方式可以在很大程度上简化3D半被动行走器的建模过程,并且能够很好的揭示出3D半被动行走器的运动机理。2)分别对两个矢量面内模型的运动特性做单独分析,运用庞加莱映射、牛顿迭代法等数值仿真法,分析两个矢量面内的模型运动特性及其稳定性,然后再改变可控参数,分析参数变化后对模型运动特性的影响,这样的参数分析对实际样机的研制起到了指导意义。3)针对窄足3D半被动行走器的运动特性,提出了基于角度不变的PID控制策略。通过这种控制策略,窄足3D半被动行走器能够实现动态行走并稳定运行。为了进一步验证模型及控制策略的可实施性,在仿真软件Admas中构建出与实际环境相同的物理环境,并验证模型和该控制策略的正确性及有效性。4)根据建模仿真和运动特性分析的结果,研制出实际的物理样机,而且样机的各部分参数是根据建模仿真和运动特性分析中推荐的参数来确定的,并且在实际样机中通过反复试验的方式来验证基于角度不变的PID控制策略的可实施性(本文来源于《重庆邮电大学》期刊2016-05-01）
唐俊[4]（2016）在《伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真》一文中研究指出仿人机器人因为适合人的生活工作环境,所以是未来的发展趋势。而行走是仿人机器人最基本的功能,成为这项研究的关键基础。目前仿人机器人大多采用主动行走方式,通过精确控制关节的ZMP轨迹来模仿人的步态,从而导致它们过于昂贵、沉重、复杂和低效。而被动行走具有结构简单、步态自然、能耗低等诸多优点,成为突破该难题的新途径。目前,被动行走的基础模型主要有简单被动行走模型、Compass模型和简单带上体被动模型等叁个,但均存在脚擦地问题而不能直接应用。为此,本文在简单被动行走模型的基础上,提出全新的伸缩腿被动行走模型。在不增加自由度的前提下,克服了脚擦地的问题,同时该模型还具有自带被动上体、驱动简单高效等优点。主要工作如下:1.设计出伸缩腿被动行走模型解决被动行走脚擦地问题,并利用Newton-Euler正交法推导出该模型的动力学方程。2.结合Poincaré映射方法,提出了新的不动点(平衡点)搜索算法。通过该算法寻找出伸缩腿被动行走模型的稳定参数,并通过分析典型步态特性总结该模型的步态特性。3.通过伸缩腿被动行走模型大斜坡步态仿真和误差初始值步态仿真的分析,得出该模型相比传统基础被动行走模型具有更高的稳定性。4.对伸缩腿被动行走模型的各个参数进行分析,总结各参数的意义以及对该模型步态的影响。5.使用ADAMS软件对伸缩腿被动行走模型进行虚拟样机仿真。通过对比虚拟样机仿真与数值仿真结果,验证了该模型动力学建模和数值仿真的正确性。本文主要提出一种新型的伸缩腿被动行走模型,并通过动力学建模分析该模型的各参数和步态特性为后续样机的研制提供理论指导。在2015年10月27日,基于伸缩腿被动行走模型而设计的行走器样机——“行者一号”,打破了由Ranger保持多年的单次行走最远距离的世界纪录,更说明了本论文研究的伸缩腿被动行走模型的价值。(本文来源于《重庆邮电大学》期刊2016-05-01）
刁建[5]（2016）在《对分上体双足被动行走器的设计与控制方法研究》一文中研究指出传统主动步行机器人通过精确控制行走时的关节角度和身体姿态实现仿人行走,这种控制方式使得机器人步态笨重且能耗过大,成为长期制约机器人发展的难题。而基于被动行走理论设计的机器人可以充分依靠自身的动力学特性,使得行走过程步态自然、能耗低,为步行机器人研究提供了全新的方向。目前对被动行走的研究主要集中在理论研究上,对于模型样机的研究相对较少。因此,本文基于Wisse的带上体被动行走模型研制了一款全新的带上体被动行走机器人样机。首先,本文利用牛顿-欧拉方法推导数学模型,得出模型摆动阶段和碰撞阶段动力学方程。通过动力学仿真改变模型参数,发现参数对模型步态、速度、步长和稳定性有不同影响,为后文样机研制提供了参考。其次,利用伞齿结构的特性设计髋部结构,解决了样机对分上体问题。设计主动驱动下体结构,结合样机系统硬件和软件控制单元,建立了带上体、膝关节和踝关节的被动行走机器人样机。然后,采用步态合成方法得出了机器人行走步态。控制方面根据伺服电机的运动特性提出了电机目标输出角度控制方法,同时结合时间状态轮询机制,实现了机器人行走步态控制。最后,采用Webots进行步态仿真,初步验证了整体设计的可行性。结合仿真结果,通过改进行走参数,实现了物理样机在平地上稳定行走,进一步验证了机器人样机设计的正确性。本文扩充了被动行走理论在模型样机方面的研究。利用伞齿结构解决了样机上体对分问题,降低了机器人的控制难度。采用单驱动器方案实现两个关节同时转动,提高了行走效率,减少了设计成本。提出了基于步态合成的机器人行走步态研究方法,结合电机目标输出角度控制方法与时间状态轮询机制,有效的实现了机器人行走控制,解决了机器人行走控制问题。(本文来源于《重庆邮电大学》期刊2016-04-15）
云浩,王琪,王晓军[6]（2015）在《圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究》一文中研究指出被动行走概念由Mc Geer在1989年首先提出。平面直腿结构为被动行走器最简单的结构之一。Mc Geer假设被动行走过程为两腿交替铰接于地面的倒立摆的运动过程。然而,这种假设难以分析足地间存在的摩擦滑动现象,难以分析支撑腿转换时足地间的非完全塑性碰撞现象,不能分析双足同时着地的情况且传统Step-to-Step方法分析构型转变时,动力学模型的切换相对繁琐。(本文来源于《第九届全国多体系统动力学暨第四届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集》期刊2015-10-16）
郭闻昊,王天舒,王琪[7]（2013）在《用简单胞映射方法计算髋关节含库伦摩擦直腿被动行走器的吸引盆》一文中研究指出McGeer提出的被动动力行走(Passive Dynamic Walking)的概念,为研究人类行走提供了一种新思路。基于被动动力行走原理设计制造的双足机器人(以下简称被动行走器)不需要任何控制就能够在比较缓的斜坡上实现与人的步态相似的行走。由于被动行走器的成功的周期步态仿真只能从不动点附近开始,那么,从不动点附近多远的距离开始仿真才能实现成功的稳态行走,这是一个值得研究的问题。仿真中模型的鲁棒性则体现为吸引盆的大小,可以使用简单胞映射方法计算模型的吸引盆。胞映射方法是Hsu在上世纪八十年代提出的,这种方法把相空间中所研究的区域分为许多相胞,用相胞的中心点近似代替整个相胞,通过对中心点进行连续庞卡莱映射,完成对所研究区域的全局分析。胞映射方法使得对非线性动力学方程组的求解过程变得容易、可靠和准确。(本文来源于《北京力学会第19届学术年会论文集》期刊2013-01-12）
郭闻昊,王琪,王天舒[8]（2012）在《髋关节含库伦摩擦被动行走器动力学建模与仿真研究》一文中研究指出被动动力行走是当今双足步行机器人研究的重点之一,学者对被动行走器髋关节的摩擦对其步态影响还存在分歧。该文对髋关节含库伦摩擦的直腿被动动力行走器的建模和仿真,以及摩擦对行走器步态的影响进行了研究。首先推导了髋关节含库伦摩擦的被动行走器的动力学方程,该动力学方程为非线性非光滑的隐式常微分方程组;然后给出了一种基于试算法求解该动力学方程的数值计算方法;最后通过数值仿真分析了髋关节的摩擦对被动行走器步态的影响。研究成果为以后被动动力行走研究提供了一个更接近实际的模型,为数值仿真分析其动力学特性提供了一种工具。(本文来源于《工程力学》期刊2012年01期）
段文杰,王琪,王天舒[9]（2011）在《圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究》一文中研究指出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.(本文来源于《力学学报》期刊2011年04期）
张瑾,王天舒[10]（2011）在《考虑接触滑移的被动行走器行走步态研究》一文中研究指出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叁维模型。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。(本文来源于《机械工程学报》期刊2011年13期）
被动行走器论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
被动行走器是一种可仅依靠自然力以及其自身结构,而实现稳定行走的一种机构。被动行走概念最早是McG eer在1989年提出的。国外有许多对被动行走器的仿真研究均基于McG eer的假设,即将被动行走过程视为两腿交替铰接于地面的倒立摆模型;足地发生碰撞时,应用角动量守恒假设计算系统碰撞后的两个腿的角速度。虽然取得了很多有意义的成果,然而也存在以下不足:难以分析足地接触时可能存在的滑动现象;难以分析足地接触过程的非完全塑性碰撞现象;不能分析两腿同时着地的情况。在国内,北航的段文杰基于库仑干摩擦模型和牛顿碰撞恢复系数方法,建立了被动行走器的动力学模型;利用线性互补方法,给出了被动行走器时间步进算法,能够仿真足地间完全塑性碰撞下无滑动和有滑动的两种行走步态,但该方法需假设动静摩擦系数相等。清华大学的祁峰,基于赫兹粘弹性接触模型,建立了被动行走器的动力学模型,用实验和数值仿真方法验证了该模型的合理性,但其中足地间的摩擦采用的是修正的库伦摩擦模型,不易全面反应静摩擦力特性。本文在上述研究工作的基础上,采用不同于McG eer的假设,在足地接触过程中,法向采用赫兹粘弹性接触模型,将法向接触力表示为局部变形量以及该变形量对时间的一阶导数的非线性函数,可以较好地描述足地间的接触力;切向采用库伦干摩擦模型,可以较好地反映足地间粘滞-滑移(stick-skip)现象;应用第二类Lagrange方程建立了被动行走器的动力学方程,应用线性互补方法,给出了基于事件驱动法的数值计算方法,对被动行走过程进行了数值仿真。本文通过选择合适的系统参数和初始条件,分别仿真了足地间支撑腿无弹跳无滑动、支撑腿无弹跳有滑动,支撑腿有弹跳无滑动,以及走动几步后静止站立等四种情况,验证了本文给出被动行走器力学模型以及数值算法的的合理性和有效性,该方法更易于全面分析被动行走器的动力学特性。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
被动行走器论文参考文献
[1].王海虎,王青云,赵振.带膝关节非对称被动行走器的步态动力学建模与分析[C].北京力学会第二十五届学术年会会议论文集.2019
[2].郑旭东,王琪,王晓军,张润森.圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究[C].第十届动力学与控制学术会议摘要集.2016
[3].李永.窄足3D半被动行走器步态稳定性与研究[D].重庆邮电大学.2016
[4].唐俊.伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真[D].重庆邮电大学.2016
[5].刁建.对分上体双足被动行走器的设计与控制方法研究[D].重庆邮电大学.2016
[6].云浩,王琪,王晓军.圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究[C].第九届全国多体系统动力学暨第四届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集.2015
[7].郭闻昊,王天舒,王琪.用简单胞映射方法计算髋关节含库伦摩擦直腿被动行走器的吸引盆[C].北京力学会第19届学术年会论文集.2013
[8].郭闻昊,王琪,王天舒.髋关节含库伦摩擦被动行走器动力学建模与仿真研究[J].工程力学.2012
[9].段文杰,王琪,王天舒.圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究[J].力学学报.2011
[10].张瑾,王天舒.考虑接触滑移的被动行走器行走步态研究[J].机械工程学报.2011