【摘 要】
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通过研究动物的运动机理,发展仿生机器人是机器人研究的一个重要方法。跳跃是许多陆生动物重要的运动能力,使之能适应各种复杂地形的运动。猫是一种显著善跳的动物。本文研究是在通过对猫在跳跃过程中的运动动力学原理进行分析,以解释其所具有的运动灵活性的生物动力学机理,从而研究具有仿猫跳跃能力的机器人机构。（1）建立了猫的骨骼机构模型。通过分析猫骨骼机构的解剖构型,研究其在跳跃运动中的特点,对猫的机构进行简化,
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通过研究动物的运动机理,发展仿生机器人是机器人研究的一个重要方法。跳跃是许多陆生动物重要的运动能力,使之能适应各种复杂地形的运动。猫是一种显著善跳的动物。本文研究是在通过对猫在跳跃过程中的运动动力学原理进行分析,以解释其所具有的运动灵活性的生物动力学机理,从而研究具有仿猫跳跃能力的机器人机构。（1）建立了猫的骨骼机构模型。通过分析猫骨骼机构的解剖构型,研究其在跳跃运动中的特点,对猫的机构进行简化,对其进行了功能区段的划分。根据各段几何特征参数估算了各段的质量、质心位置和转动惯量。（2）建立了猫机构模型的运动学模型,利用D-H法对其进行分析,建立了猫在起跳、腾空、落地三个跳跃过程的运动模型。（3）建立了猫机构模型的动力学模型。利用拉格朗日法对猫机构进行了动力学建模,利用MATLAB软件中对力矩进行计算,使之与利用Adams软件进行仿真的结果进行比较,以验证模型的正确性。（4）对机构模型的形态参数（各段质量、质心位置、转动惯量）进行了优化。对猫进行了跳跃实验,记录其跳跃过程中对地面作用力,跳跃过程中的未知轨迹和形态变化。使之与利用模型进行计算得到的结果进行比较,发现有明确误差。利用Levenberg-Marquardt法进行迭代优化,得到使轨迹误差较小的参数,作为精确的形态数据。（5）分析了猫在腾空阶段,通过腰部关节角度的调整可以让自己有更高的灵活性。利用动量守恒原理,对猫跳跃腾空阶段的调整能力进行分析。证明了猫利用腰部运动,在起跳后一定程度上可以调整前趾和后趾触地位置。最后根据猫的骨骼结构,也为了提高机器人的灵活性,制造了具有腰部关节的仿猫跳跃机器人。
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