《四足哺乳動物疾馳機理若干問題》是依託上海交通大學，由王石剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：四足哺乳動物疾馳機理若干問題
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王石剛
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對仿生獵豹的機構學模型進行合理簡化，提出多脊柱彈性關節-等效虛擬四足仿生獵豹機構學模型。研究獵豹真實前、後腿與具有多脊柱彈性關節的軀幹耦聯模型，將等效虛擬腿變換為真實四足-多脊柱關節獵豹機構學模型，為獵豹疾馳機理研究和仿生獵豹機器人疾馳步態運動實現提供機構學理論。將獵豹疾馳步態運動過程中的每一步幅按時間序列級聯，用序列龐加萊映射描述，研究過渡步態和穩定周期性疾馳步態的序列龐加萊映射疊代收斂準則，基於序列龐加萊映射解集進行獵豹疾馳步態分析與規劃，為獵豹疾馳步態穩定性分析、關節驅動能量的分配與最佳化、以及獵豹高速疾馳奔跑機理等研究提供有效方法。研究獵豹疾馳步態不同階段相步態穩定性條件與準則。引入幾何矩不變數描述質心的穩定狀態，並且用各構件運動與受力的運動矩和力學矩、能量矩等描述系統的能量分布與能量驅動需求，實現驅動與能量分布最佳化。設計仿生機構的實驗裝置，對機理研究及相關分析進行驗證或提供依據。
結題摘要
疾馳步態是四足哺乳動物及仿生四足機器人研究領域的重要組成部分，而獵豹是陸地上奔跑速度最快的四足哺乳動物，具有超高的奔跑速度和超強的爆發力，因此獵豹的生理學特點、身體結構和奔跑方式受到了國內外學者越來越多的關注。本項目通過對獵豹和馬的骨骼肌結構進行合理的抽象和簡化，分別建立了剛性軀幹和四條無質量彈簧腿模型（BSL）、具有軀幹關節和四條無質量彈簧腿的仿生動力學模型（BDM）和具有軀幹關節和關節腿的仿生動力學模型（BDML）三種能夠實現疾馳步態的被動動力學模型；分別提出了基於粒子群最佳化算法、基於牛頓拉夫遜方法的搜尋方法和基於四階龍格庫塔方法的數值積分方法的龐加萊不動點搜尋方法來實現穩定的疾馳步態；對比研究了獵豹和馬的疾馳步態的內在疾馳機理，並同時對兩類疾馳步態進行了無量綱模型的構建和綜合性能分析；提出了獵豹疾馳步態穩定性準則和疾馳步態不穩定度的概念，基於穩定性準則提出了基於被動動力學模型和主動動力學模型的穩定性控制策略；基於獵豹在疾馳步態中所呈現出的軀幹運動特點及其多關節協調機理，構建了具有仿生彈性脊椎關節的四足疾馳機器人實體樣機，並通過實驗對關鍵疾馳機理和穩定性準則進行了實驗驗證。本項目對不同類型四足哺乳動物疾馳步態的運動特點及疾馳機理進行深入分析，深入研究了獵豹疾馳步態的穩定性、超高爆發力和超高奔跑速度的機理，對仿生獵豹機器人實現高速疾馳步態提供重要的理論與實現依據。
