论文摘要
采用高速摄像技术,记录了黄牛在春耕前水稻田中的运动过程,对黄牛行走时的运动步法及步态特点进行了分析。利用逆向动力学理论,建立了黄牛在水稻田上行走时的运动学方程,分析了黄牛质心的位移、速度、加速度和土壤作用力的变化。通过数据处理和曲线拟合,绘制了黄牛腿部各关节的转角、角速度和角加速度曲线,分析了黄牛在水稻田上的运动特性。根据黄牛在水稻田中的运动特性,设计了仿黄牛行走机构。采用高速摄像技术,记录了黄胫小车蝗的跳跃过程,分析了黄胫小车蝗的跳跃特性。根据黄胫小车蝗腿部的跳跃机理、驱动机理和缓冲机理,设计了仿蝗虫弹簧减震装置,用来减轻因路面的凹凸不平对行走机构造成的冲击力。应用虚拟样机技术,对仿黄牛行走机构和仿蝗虫弹簧减震装置建立了虚拟样机仿真模型,进行了三维动态仿真分析,为仿黄牛行走机构和仿蝗虫弹簧减震装置物理样机的结构设计提供了有力的参考依据。
论文目录
提要1 绪论1.1 松软地面行走机构研究的目的和意义1.2 松软地面行走机构仿生设计的研究方法1.3 松软地面行走机构的国内外研究进展1.3.1 半步行轮1.3.2 步行轮1.3.3 仿牛蹄水田轮1.3.4 仿驼足轮胎1.3.5 跨步轮1.3.6 推拉式气垫运载平台1.3.7 半浮式仿生行走机构1.4 论文的主要研究内容2 黄牛运动步态的实验与分析2.1 高速摄像技术2.1.1 二维摄像测量原理2.1.2 高速摄像的数学描述2.1.3 高速摄像技术在黄牛步态中的应用2.2 图像的预处理2.2.1 噪声抑制2.2.2 灰度校正2.2.3 几何校正2.2.4 散焦校正2.3 黄牛在水稻田行走步态的分析2.3.1 实验条件和研究方法2.3.2 黄牛的步态特征2.4 水稻田土壤参数2.4.1 水稻田土壤的特点2.4.2 水稻田土壤参数的测定2.5 高速摄像测量的误差来源2.6 减小影像测量误差的措施2.7 影像数据的平滑处理2.8 本章小结3 黄牛的惯性参数3.1 惯性参数的概述3.1.1 质量和质心3.1.2 转动惯量3.1.3 转动半径3.2 黄牛的总质心和环节的质心3.2.1 黄牛环节的划分3.2.2 黄牛的环节质心3.2.3 黄牛的总质心3.3 黄牛环节的转动惯量3.4 本章小结4 黄牛运动步态的运动学分析4.1 黄牛肢体的结构及运动4.1.1 黄牛的前肢4.1.2 黄牛的后肢4.2 黄牛的运动生物链4.3 黄牛运动模型的描述4.3.1 黄牛运动的简化模型4.3.2 黄牛运动的数学模型4.4 黄牛运动的参照系与坐标系4.5 黄牛肢体平动的运动学特征4.5.1 空间特征4.5.2 时间特征4.5.3 时空特征4.6 黄牛肢体转动的运动学特征4.6.1 角位移4.6.2 角速度4.6.3 角加速度4.7 黄牛肢体的运动4.7.1 腿部的运动4.7.2 牛蹄的运动4.8 黄牛在水稻田中的运动特征4.9 本章小结5 黄牛运动步态的动力学分析5.1 黄牛运动的动力学研究概述5.2 黄牛运动过程中的力5.2.1 黄牛运动的内力5.2.2 黄牛运动的外力5.2.3 黄牛内外力的相互关系5.3 牛蹄与土壤的作用力5.3.1 牛顿第二定律5.3.2 土壤作用力5.4 黄牛肢体关节的作用力和力矩5.5 黄牛腿部动力学拉格朗日方程的建立5.6 黄牛运动过程的能量转换5.6.1 黄牛运动的动能5.6.2 黄牛运动的势能5.7 本章小结6 仿黄牛行走机构的设计及动态仿真分析6.1 仿黄牛行走机构的设计6.1.1 行走机构的设计方案6.1.2 行走机构的运动原理6.1.3 行走机构的运动特点6.1.4 行走机构设计的基本问题6.1.5 行走机构的参数选择6.1.6 行走机构的结构设计6.2 仿黄牛行走机构的运动分析6.3 虚拟样机技术简介6.3.1 虚拟样机设计的流程6.3.2 系统坐标的选择6.4 仿黄牛行走机构的动态仿真分析6.4.1 建模与求解流程6.4.2 仿真模型的建立6.4.3 仿真模型参数的确定6.4.4 约束和驱动的施加6.4.5 动态仿真的步骤6.4.6 仿真方程的建立6.4.7 动态仿真的求解算法6.4.8 仿真结果分析6.5 本章小结7 仿蝗虫减震装置的设计及动态仿真分析7.1 生物缓冲结构的特性7.2 蝗虫跳跃特性的分析7.2.1 蝗虫跳跃形态的实验7.2.2 蝗虫腿部的跳跃机理7.2.3 蝗虫腿部的驱动机理7.2.4 蝗虫腿部的缓冲机理7.3 仿蝗虫弹簧减震装置的设计7.4 仿蝗虫弹簧减震装置的动态仿真分析7.5 本章小结8 结论及展望8.1 主要结论8.2 研究展望参考文献攻读博士期间发表论文、参与科研和获奖情况摘要ABSTRACT致谢导师简介作者简介
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