● 摘要
加拿大工程师McGeer在二十世纪80年代首次提出被动动力行走（passive dynamic walking）的概念。被动行走机器人以其结构简单、能量利用率高等优点很快成为双足步行机器人研究领域的一个热点问题，学者们分别从理论和实验两方面对被动行走问题进行了深入的研究并取得了丰硕的成果。但是被动行走领域仍有一些动力学问题有待解决，比如学者们对行走器关节阻尼、摩擦的影响还存在分歧。研究关节带摩擦的被动行走机器人模型能提供一个更接近实际的模型，为双足机器人的设计和制造提供借鉴和依据。本文重点研究髋关节带库伦摩擦的二维直腿双足被动行走机器人。首先，本文回顾了被动行走器动力学和含摩擦多体系统动力学的研究进展，并阐述了本文的研究目标和内容安排。其次，介绍了与本文有关的基本理论和概念。再次，将库伦摩擦引入二维直腿被动行走器的髋关节，建立该关节含摩擦的行走器的力学模型。把行走器的运动分为碰撞阶段和非碰撞阶段，并给出其非光滑动力学方程。根据其动力学方程的特点，结合试算法、Newton-Raphson迭代法和Runge-Kutta法给出相应的数值仿真方法。对仿真结果进行分析，得出摩擦对稳定步态的周期、腿摆动幅度和能量消耗的影响。最后，采用简单胞映射算法获得被动行走器周期步态的不动点，并得到稳定不动点的吸引盆，研究了吸引盆随着摩擦系数变化的规律。关键词：非光滑动力学，被动动力行走，库伦摩擦，仿真
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