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基于弹簧负载倒立摆模型的仿袋鼠机器人稳定跳跃控制 预览 被引量:1
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作者 左国玉 刘旭 《控制理论与应用》 CSCD 北大核心 2018年第8期1151-1158,共8页
仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用... 仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用双质量弹簧负载倒立摆模型(spring-loaded inverted pendulum,SLIP)模型对袋鼠机器人的结构进行简化,建立了机器人系统的动力学模型,并对机器人的运动过程以及着地相与腾空相的切换条件进行了分析.然后采用解耦控制的思想,将SLIP模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面,分别通过控制着地角度实现对水平运动速度的控制,通过能量补偿实现对跳跃高度的控制.最后在ADAMS仿真环境中建立机器人模型并进行了机器人运动仿真实验.实验结果表明,本文提出的方法可以实现仿袋鼠机器人稳定的周期性跳跃运动. 展开更多
关键词 袋鼠机器人 运动稳定性 SLIP模型 解耦控制
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欠驱动三刚体仿袋鼠跳跃机器人落地冲击分析 被引量:1
2
作者 张增权 董海军 +1 位作者 葛文杰 马晓雪 《机械设计》 CSCD 北大核心 2013年第6期32-37,共6页
根据袋鼠的生物结构特性,建立了液压驱动的欠驱动仿袋鼠跳跃机器人三刚体模型。利用拉格朗日方法建立了机器人在着地阶段的动力学方程及主、被动关节动力学耦合方程,利用Maple15进行符号计算得出耦合因子。结合实例,应用Matlab7.0分别... 根据袋鼠的生物结构特性,建立了液压驱动的欠驱动仿袋鼠跳跃机器人三刚体模型。利用拉格朗日方法建立了机器人在着地阶段的动力学方程及主、被动关节动力学耦合方程,利用Maple15进行符号计算得出耦合因子。结合实例,应用Matlab7.0分别对碰撞力、地面的反作用力、系统动能、及总质心在y方向上的位移变化进行了计算和仿真;并与全驱动的仿袋鼠跳跃机器人刚性模型进行了对比分析。还通过跳跃机器人两种模型的跳跃模拟对比实验,用加速度传感器测得落地冲击时质心加速度曲线。结果表明:弹性元件的引入有效地起到了缓冲的作用,减轻了着地时机器人与地面的振动和冲击,提高了跳跃机器人的落地稳定性,节省了系统损耗的能量。 展开更多
关键词 袋鼠机器人 欠驱动 落地冲击 动力学
考虑柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人落地冲击分析 预览 被引量:1
3
作者 高利霞 董海军 +1 位作者 葛文杰 刘亦洋 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2011年第10期1688-1692,共5页
根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型。利用拉格朗日方法建立了机器人在着地阶段的动力学方程。结合实例,应用Matlab7.0分别对柔性脚趾的弹性势能、地面的作用力、躯干质心位移、躯干加速度、... 根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型。利用拉格朗日方法建立了机器人在着地阶段的动力学方程。结合实例,应用Matlab7.0分别对柔性脚趾的弹性势能、地面的作用力、躯干质心位移、躯干加速度、踝关节位移以及各关节驱动力矩的变化进行了计算和仿真;并与具有刚性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚性模型进行了对比分析。结果表明:柔性脚趾减轻了着地时机器人与地面的振动和冲击,提高了跳跃机器人的落地稳定性。 展开更多
关键词 袋鼠机器人 柔性脚趾 落地冲击 动力学
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考虑关节非线性刚度的仿袋鼠柔性跳跃机构动力特性分析 预览 被引量:3
4
作者 周海燕 葛文杰 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2007年第8期 1001-1005,共5页
根据袋鼠腿部的生物结构及跳跃的特点,建立了考虑关节非线性刚度的仿袋鼠跳跃模型及其着地阶段的运动、动力学方程。结合实例,用Matlab7.1计算和绘出了模型此阶段中各关节转角、关节力矩、地面支承力以及非线性扭簧恢复力矩随时间的变... 根据袋鼠腿部的生物结构及跳跃的特点,建立了考虑关节非线性刚度的仿袋鼠跳跃模型及其着地阶段的运动、动力学方程。结合实例,用Matlab7.1计算和绘出了模型此阶段中各关节转角、关节力矩、地面支承力以及非线性扭簧恢复力矩随时间的变化规律,对比线性关节对其进行了分析和讨论。结果表明:非线性的引入不仅可提高关节的储能能力,有效地降低关节输入力矩,而且还能防止跳跃机构提前起跳,改善跳跃性能,从而有利于增加起跳速度和跃远度,更符合生物的特征。 展开更多
关键词 袋鼠机器人 非线性 跳跃模型
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基于混合粒子群优化的仿袋鼠机器人站立平衡控制 预览 被引量:2
5
作者 左国玉 王鑫鹏 刘旭 《北京工业大学学报》 CSCD 北大核心 2017年第7期1003-1008,共6页
为提髙仿袋鼠机器人的站立平衡控制性能, 基于混合粒子群算法对机器人的平衡控制进行了优化. 首先, 将在地面站立平衡时的仿袋鼠机器人简化成一个倒立摆模型, 使用拉格朗日方法对机器人进行动力学建模.然后,基于机器人的动力学模型设计... 为提髙仿袋鼠机器人的站立平衡控制性能, 基于混合粒子群算法对机器人的平衡控制进行了优化. 首先, 将在地面站立平衡时的仿袋鼠机器人简化成一个倒立摆模型, 使用拉格朗日方法对机器人进行动力学建模.然后,基于机器人的动力学模型设计了线性二次型控制器, 并使用混合粒子群算法对线性二次型控制器的权重矩阵进行 优化. 最后, 使用优化的线性二次型控制器对仿袋鼠机器人站立平衡控制进行了仿真实验. 优化后的控制器的调 节时间比优化前明显缩短, 结果表明: 基于混合粒子群算法优化的线性二次型(linear quadratic regulator, LQR)控制 器可以提髙系统的稳定性和鲁棒性, 能有效降低控制器参数的整定工作量. 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 混合粒子群算法 站立平衡 拉格朗日建模
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考虑拓扑柔性脚趾的仿袋鼠机器人着地特性分析
6
作者 任婷婷 葛文杰 +1 位作者 董海军 马晓雪 《机械设计》 CSCD 北大核心 2014年第11期20-24,共5页
根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并对柔性脚趾结构进行拓扑优化。分别采用拉格朗日法和有限元方法对刚性构件系统和柔性脚趾系统建立子系统动力学模型。结合实例,利用MATLAB进行了计算和仿真... 根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并对柔性脚趾结构进行拓扑优化。分别采用拉格朗日法和有限元方法对刚性构件系统和柔性脚趾系统建立子系统动力学模型。结合实例,利用MATLAB进行了计算和仿真,结果表明:采用拓扑柔性脚趾可以实现机器人预期运动的同时,有效缓解地面冲击与振动,降低机器人各关节的驱动力矩,实现脚趾落地能量积蓄和起跳释放的功能,提高机器人的起跳能力和运动平稳性。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 柔性脚趾 拓扑优化 动力学
考虑柔性关节的仿袋鼠跳跃机器人落地稳定性研究 被引量:3
7
作者 陈朋威 葛文杰 董海军 《机械设计》 CSCD 北大核心 2013年第1期35-39,共5页
对具有柔性关节的仿袋鼠跳跃机器人落地稳定性进行了研究。用拉格朗日方法建立了机构在着地阶段的动力学方程。结合实例,运用Matlab和Adams软件对机器人进行仿真分析,给出了机器人在着地阶段的各关节转角、关节驱动力矩、着地压力及ZM... 对具有柔性关节的仿袋鼠跳跃机器人落地稳定性进行了研究。用拉格朗日方法建立了机构在着地阶段的动力学方程。结合实例,运用Matlab和Adams软件对机器人进行仿真分析,给出了机器人在着地阶段的各关节转角、关节驱动力矩、着地压力及ZMP随时间的变化规律。分析结果表明:膝关节,特别是踝关节引入柔性关节,不仅能显著地吸收落地能量而获得落地缓冲能力和降低关节输入力矩峰值而减小驱动元件的功率,而且能有效地提高跳跃机构的弹跳能力和落地稳定性。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 柔性关节 运动稳定性 ADAMS
欠驱动仿袋鼠跳跃机器人动力学耦合研究 预览 被引量:1
8
作者 陈朋威 葛文杰 李岩 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第5期 159-161,共3页
根据袋鼠的生物结构及运动特点,建立了具有欠驱动关节的仿袋鼠跳跃机器人模型。以此模型为基础,分析系统的主动关节与被动关节之间的加速度耦合效应。采用拉格朗日方方法建立了机构的动力学方程。结合实例,运用Matlab软件对机器人进行... 根据袋鼠的生物结构及运动特点,建立了具有欠驱动关节的仿袋鼠跳跃机器人模型。以此模型为基础,分析系统的主动关节与被动关节之间的加速度耦合效应。采用拉格朗日方方法建立了机构的动力学方程。结合实例,运用Matlab软件对机器人进行仿真分析,给出了机器人全局单关节耦合变化规律。结果表明:仿袋鼠跳跃机器人的踝关节与欠驱动关节间存在足够大的耦合并且通过动力学耦合来控制欠驱动关节的位置是可能的。动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计和驱动装置位置有重要作用。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 欠驱动关节 动力学
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考虑尾巴的六刚体仿袋鼠跳跃机器人的落地稳定性研究 预览
9
作者 姜兴长 杨方 +1 位作者 葛文杰 杨静 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2011年第10期1753-1756,1760共5页
根据袋鼠的生物结构及跳跃的特点,建立了具有尾巴和脚趾的仿袋鼠跳跃机器人六刚体模型。应用拉格朗日方法,建立了机构在着地阶段的运动学和动力学方程。运用Matlab7.0对机器人进行仿真计算分析,给出了机器人在着地阶段的各关节转角... 根据袋鼠的生物结构及跳跃的特点,建立了具有尾巴和脚趾的仿袋鼠跳跃机器人六刚体模型。应用拉格朗日方法,建立了机构在着地阶段的运动学和动力学方程。运用Matlab7.0对机器人进行仿真计算分析,给出了机器人在着地阶段的各关节转角、关节驱动力矩、质心轨迹、着地压力和ZMP随时间的变化规律。仿真结果表明:考虑尾巴的六刚体仿袋鼠跳跃机器人能显著提高机构的落地稳定性。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 尾巴 六刚体 稳定性
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仿袋鼠单腿跳跃机器人动力学建模与仿真 预览 被引量:1
10
作者 熊小琴 何广平 《北方工业大学学报》 2009年第1期 36-41,58,共7页
根据自然界中袋鼠的骨骼结构设计了仿袋鼠单腿跳跃机器人的机构模型.其机构设计充分利用产生被动动力学的机械结构来减少运动中的能耗.仿袋鼠单腿跳跃机器人由关节腿、身体和尾巴三部分组成,其中关节腿由两连杆、旋转副及扭簧连接而... 根据自然界中袋鼠的骨骼结构设计了仿袋鼠单腿跳跃机器人的机构模型.其机构设计充分利用产生被动动力学的机械结构来减少运动中的能耗.仿袋鼠单腿跳跃机器人由关节腿、身体和尾巴三部分组成,其中关节腿由两连杆、旋转副及扭簧连接而成.采用拉格朗日方法建立支撑相和飞行相的动力学模型,并用MATLAB7.0对动力学模型进行了数值仿真,仿真结果验证了动力学模型的正确性,为后续的机器人结构优化设计和运动控制奠定了理论基础. 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 运动学 动力学 数值仿真
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一种新型机器人支撑相动力学建模及可控性分析 预览
11
作者 熊小琴 何广平 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2009年第3期 22-26,共5页
从生物研究中受到启发,兼顾机器人的运动能耗问题,设计了一种新型机器人机构——仿袋鼠单腿跳跃机器人。机构设计是在模仿自然界袋鼠骨骼结构的基础上,充分利用产生被动动力学的机械结构来减少机器人的运动能耗,将膝关节设计为弹性被动... 从生物研究中受到启发,兼顾机器人的运动能耗问题,设计了一种新型机器人机构——仿袋鼠单腿跳跃机器人。机构设计是在模仿自然界袋鼠骨骼结构的基础上,充分利用产生被动动力学的机械结构来减少机器人的运动能耗,将膝关节设计为弹性被动关节来减少腿的质量和转动惯量,以达到减小驱动力矩的目的。采用拉格朗日方法建立了机器人支撑相的动力学模型。以动力学模型为基础,推导出了机器人在支撑相平衡点的线性化系统,证明了机器人在支撑相是线性地可控的,为机器人的稳定控制提供了理论依据。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 动力学 可控性
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基于均质柔性杆模型的仿袋鼠机器人柔性脚着地阶段运动特性研究 预览 被引量:1
12
作者 王振宇 杨方 +1 位作者 岳映章 葛文杰 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期 460-464,共5页
为了揭示仿袋鼠跳跃机器人柔性脚着地阶段的运动机理以及其对跳跃件能的影响,建立了基于铰支-自由梁的柔性脚着地阶段分析模型.利用拉格朗同方程和假设模态方法,建立了柔件脚掌在着地阶段的动力学方程.结合实例,应用Matlab分别对... 为了揭示仿袋鼠跳跃机器人柔性脚着地阶段的运动机理以及其对跳跃件能的影响,建立了基于铰支-自由梁的柔性脚着地阶段分析模型.利用拉格朗同方程和假设模态方法,建立了柔件脚掌在着地阶段的动力学方程.结合实例,应用Matlab分别对柔性脚部的运动步态、弹性势能变化、踝关节的位移变化进行了计算与仿真分析,并给出相应的变化规律;建立了跳跃机器人刚性脚与柔性脚的对比实验台,测得落地过程刚性脚、柔性脚的冲击加速度曲线.将刚性脚曲线与柔性脚曲线进行了比较,验证了用均质柔性杆作为机器人的柔性脚来模拟袋鼠柔性脚是可行的,为仿袋鼠跳跃机器人的设计提供了有力的依据. 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 柔性脚 假设模态法 实验
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仿袋鼠跳跃机器人运动和力传递性能研究 预览
13
作者 陈安军 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第7期 971-975,980,共6页
在仿袋鼠机器人机构模型的基础上,建立了跳跃过程着地阶段的运动学方程;通过关节空间与操作空间速度的变换关系,定义仿袋鼠机器人跳跃运动速度和力方向可操作度;以速度和力方向可操作度为性能指标,度量仿袋鼠跳跃机器人在操作空间... 在仿袋鼠机器人机构模型的基础上,建立了跳跃过程着地阶段的运动学方程;通过关节空间与操作空间速度的变换关系,定义仿袋鼠机器人跳跃运动速度和力方向可操作度;以速度和力方向可操作度为性能指标,度量仿袋鼠跳跃机器人在操作空间中的运动和力传递性能,解释了袋鼠起跳瞬间小腿与地面垂直是为了保证有足够的运动和力传递的灵活性。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 方向可操作度 速度传递性能 力传递性能
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仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合建模运动步态分析 预览
14
作者 岳映章 葛文杰 柏龙 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第9期 1142-1145,共4页
根据袋鼠柔性脚部的生物结构及跳跃的特点,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并分别对刚性构件系统和柔性构件系统建立子系统动力学模型。结合实例的数值仿真分析结果表明:柔性脚能有助于机器人在着地过程中保持落地... 根据袋鼠柔性脚部的生物结构及跳跃的特点,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并分别对刚性构件系统和柔性构件系统建立子系统动力学模型。结合实例的数值仿真分析结果表明:柔性脚能有助于机器人在着地过程中保持落地运动平稳性,增大起跳时间和调整起跳角度,从而有利于增加起跳速度和跃远度,更符合生物的特征。 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 柔性脚 刚柔混合
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仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学 预览 被引量:23
15
作者 葛文杰 沈允文 杨方 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期 22-26,共5页
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... 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. 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 跳跃机构 正运动学 步态分析
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考虑脚部柔性的仿袋鼠跳跃机器人运动特性研究 预览 被引量:4
16
作者 李向阳 葛文杰 杨方 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期 374-378,399,共6页
基于对袋鼠结构及跳跃运动特点的研究,设计了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人单腿机构模型,建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程.结合实例,用Matlab 6.5计算和仿真了模型在着地阶段各关节转角、柔性脚与地面接触长度、地... 基于对袋鼠结构及跳跃运动特点的研究,设计了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人单腿机构模型,建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程.结合实例,用Matlab 6.5计算和仿真了模型在着地阶段各关节转角、柔性脚与地面接触长度、地面支承力和关节力矩随时间的变化规律曲线.结果分析表明:模型跳跃的起跳时间约占着地时间的2/3,当柔性脚与地面接触长度最大时,地面作用力也达到最大;踝关节的输入力矩要大于髋关节的输入力矩.此运动研究为仿袋鼠跳跃机器人的设计以及精确控制提供了理论基础. 展开更多
关键词 仿袋鼠机器人 单腿模型 柔性脚 动力学 力矩
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“袋鼠”跳跃机器人用无刷直流电动机研究 预览
17
作者 江曼 刘卫国 张文涛 《微电机》 北大核心 2008年第6期 23-25,共3页
设计了无刷直流电动机液压驱动系统;控制器的设计;详细分析了在突加负载情况下,并进行试验验证。介绍了适合跳跃机器人系统的无刷直流电动机电机转速和电流的动态变化过程。研制了样机
关键词 无刷直流电动机 液压 袋鼠跳跃机器人 试验
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“袋鼠”跳跃机器人动力系统方案设计与研究 预览 被引量:1
18
作者 张文涛 葛文杰 +2 位作者 李建华 江曼 沈平 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期 359-363,共5页
提出了“袋鼠”机器人电液驱动动力系统设计方案,包括跳跃机构、动力系统和控制系统的设计.从理论上分析了方案的可行性;运用二阶拉格朗日方程给出了“袋鼠”机器人模型起跳阶段的动力学方程,并通过仿真分析得到了起跳阶段加载动力... 提出了“袋鼠”机器人电液驱动动力系统设计方案,包括跳跃机构、动力系统和控制系统的设计.从理论上分析了方案的可行性;运用二阶拉格朗日方程给出了“袋鼠”机器人模型起跳阶段的动力学方程,并通过仿真分析得到了起跳阶段加载动力与速度的关系,为“袋鼠”机器人动力配置提供了依据.最后给出了实验结果,以证实该设计方案的有效性. 展开更多
关键词 袋鼠”跳跃机器人 电液驱动 动力学分析
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考虑尾巴的仿袋鼠跳跃机器人运动特性研究 预览
19
作者 庞华华 葛文杰 杨方 《机床与液压》 北大核心 2007年第8期 1-4,共4页
根据袋鼠运动结构及跳跃的特点,且考虑尾巴对其运动姿态的影响,设计了带尾巴的仿袋鼠跳跃机器人的单腿模型。建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程。结合实例,用Matlab7.0计算和仿真了模型在着地阶段的腿部长度、质心变化... 根据袋鼠运动结构及跳跃的特点,且考虑尾巴对其运动姿态的影响,设计了带尾巴的仿袋鼠跳跃机器人的单腿模型。建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程。结合实例,用Matlab7.0计算和仿真了模型在着地阶段的腿部长度、质心变化、地面反力和关节力矩随时间的变化规律,并将髋关节力矩、质心变化和地面反作用力与无尾时进行了对比分析和讨论。仿真结果表明:尾巴能显著影响此机构的跳跃姿态和跃远度,能缓解落地瞬间的地面冲击,但对髋关节的力矩大小影响不大。本文研究为仿袋鼠跳跃机器人的设计与控制研究提供了一定的理论基础。 展开更多
关键词 袋鼠跳跃机器人 单腿模型 动力学
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曲线脚和尾巴对仿袋鼠跳跃机器人着地稳定性影响研究 预览
20
作者 马晓雪 葛文杰 +1 位作者 赵炜 王丽平 《机械制造》 2012年第8期11-13,共3页
以袋鼠为仿生研究对象,考虑其生物特性,建立考虑尾巴的5刚体机构模型。应用ZMP理论得到该模型的稳定性判据及稳定着地的实现方法,结合实例,运用MATLAB软件编程进行了仿真计算分析,得到尾关节转角规律,并通过与真实袋鼠运动姿态对比,验... 以袋鼠为仿生研究对象,考虑其生物特性,建立考虑尾巴的5刚体机构模型。应用ZMP理论得到该模型的稳定性判据及稳定着地的实现方法,结合实例,运用MATLAB软件编程进行了仿真计算分析,得到尾关节转角规律,并通过与真实袋鼠运动姿态对比,验证了该方法的正确性,揭示了脚部形状和尾巴对仿袋鼠跳跃机器人着地稳定性的影响。 展开更多
关键词 仿袋鼠跳跃机器人 稳定性 动力学 ZMP法
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