單足跳躍機器人的動力學(xué)分析與設(shè)計研究.pdf

1、目前仿生機器人的研究主要集中在輪式(履帶)機器人和爬行機器人上，相比于這兩種機器人，跳躍機器人能夠跨越比較大的障礙物，在比較復(fù)雜的地形環(huán)境中運動。首先總結(jié)了跳躍機器人的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了本課題的研究內(nèi)容。 接下來論文總結(jié)了已有單腿跳躍機器人的局限性，提出了一種新型彈性單腿跳躍機器人系統(tǒng)。該機器人采用雙臂驅(qū)動，彈性伸縮腿中不安裝驅(qū)動原件，系統(tǒng)依靠內(nèi)部動力學(xué)耦合實現(xiàn)動態(tài)站立平衡、起跳、穩(wěn)定連續(xù)跳躍運動。對欠驅(qū)動非完整約束動力學(xué)系統(tǒng)進行

2、了運動學(xué)和動力學(xué)建模。用Matlab對本機械系統(tǒng)進行了仿真，驗證了模型的正確性，為機器人的運動控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。 為了提高機器人的耦合運動能力，論文對動力學(xué)模型進行分析，建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化模型，并用Matlab優(yōu)化工具箱進行解算。接著基于優(yōu)化結(jié)果對機器人機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，同時設(shè)計了輔助機器人運動的支架。 根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)模型，采用機構(gòu)學(xué)中影響系數(shù)的概念，定義了主被動關(guān)節(jié)的動力學(xué)耦合度指標，并求解雙臂在各指標下

3、的最優(yōu)運動位形區(qū)域。通過機器人三種主要運動任務(wù)的仿真驗證了分析結(jié)果。最后結(jié)合耦合度分析和仿真結(jié)果的研究，對系統(tǒng)完成三種不同任務(wù)的雙臂初始位形和平衡位置作了運動規(guī)劃，使雙臂在運動中力矩輸出最小。 論文討論了模型的微分平滑性，提出了一種將平衡位置變量近似處理使系統(tǒng)成為微分平滑系統(tǒng)的方法。并求解了機器人可行的運動路徑，為運動控制算法的研究提供了依據(jù)。 論文的最后一部分對系統(tǒng)試驗進行了介紹，分析了站立平衡試驗中出現(xiàn)的問題，并提出