腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)的跳躍機(jī)器人軌跡規(guī)劃與落地穩(wěn)定性分析.pdf

1、近幾十年來(lái),腿型機(jī)器人一直成為移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn),有著較高的理論研究與應(yīng)用價(jià)值。
　　跳躍運(yùn)動(dòng)是腿型機(jī)器人的一種重要的運(yùn)動(dòng)方式,但是由于跳躍運(yùn)動(dòng)對(duì)于機(jī)器人有著高爆發(fā)性和變約束性要求,具有跳躍功能的腿型機(jī)器人是一個(gè)高度非線性、多變量、強(qiáng)耦合和變結(jié)構(gòu)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),其驅(qū)動(dòng)性能約束下的逾障規(guī)劃和動(dòng)態(tài)平衡控制的研究具有很大的挑戰(zhàn)性。本文以電機(jī)和彈簧耦合驅(qū)動(dòng)的平面腿型跳躍機(jī)器人為研究對(duì)象,考慮腳掌在起跳過(guò)程中繞腳尖發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),從提高

2、機(jī)器人跳躍能力的角度,結(jié)合運(yùn)動(dòng)約束條件,對(duì)腿型跳躍機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模、跳躍步態(tài)生成、軌跡跟蹤控制、落地穩(wěn)定性等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　針對(duì)腿型跳躍機(jī)器人跳躍過(guò)程中與地面間的變約束特性,在考慮腳掌繞腳尖轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下,采用Lagrange方程建立包括連續(xù)動(dòng)力學(xué)模型和碰撞相離散動(dòng)力學(xué)模型在內(nèi)的腿型跳躍機(jī)器人混雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)對(duì)機(jī)器人被動(dòng)關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)分析得出模型動(dòng)態(tài)切換條件。
　　針對(duì)機(jī)器人規(guī)則地形下的跳躍運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題,研究基

3、于運(yùn)動(dòng)約束與最小能耗的平面腿型跳躍機(jī)器人穩(wěn)定跳躍步態(tài)生成算法。該算法在考慮腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下,分析完整跳躍周期中被動(dòng)關(guān)節(jié)的表達(dá)式和機(jī)器人跳躍過(guò)程中所受到的運(yùn)動(dòng)約束條件,并基于最小能耗采用優(yōu)化的思想進(jìn)行平面腿型跳躍機(jī)器人穩(wěn)定跳躍仿真試驗(yàn)。
　　針對(duì)具有不確定性干擾的腿型跳躍機(jī)器人系統(tǒng)模型,研究基于非奇異終端滑?？刂坡实能壽E跟蹤控制問(wèn)題。考慮腿型跳躍機(jī)器人跳躍過(guò)程中的實(shí)際因素,建立基于Simscape的系統(tǒng)模型并進(jìn)行相關(guān)的仿真。

4、　　根據(jù)腳掌模型,分析存在腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)的腿型跳躍機(jī)器人落地碰撞階段的穩(wěn)定性問(wèn)題。存在腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)的落地碰撞階段腿型跳躍機(jī)器人系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題是與該欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性相關(guān)。通過(guò)控制使系統(tǒng)輸出為零,將零動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)閉環(huán)動(dòng)力學(xué)方程的穩(wěn)定性問(wèn)題,得出存在腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)的腿型跳躍機(jī)器人落地階段的穩(wěn)定性主要取決于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)和腳掌-地面接觸面的性能參數(shù)。
　　本文有關(guān)平面腿型跳躍機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模、跳躍步態(tài)生成、軌跡跟蹤及落地穩(wěn)定性分析