單足機(jī)器人矢平面跳躍落地碰撞動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、在研究運(yùn)動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)，單足跳躍機(jī)器人由于運(yùn)動(dòng)靈活和越障能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，成為熱點(diǎn)課題。以Raibert教授為代表的一批國內(nèi)外學(xué)者均通過將單腿跳躍機(jī)器人簡化為彈簧負(fù)載倒立擺模型而忽略碰撞過程對(duì)機(jī)器人的影響。本文所設(shè)計(jì)的全氣動(dòng)單足機(jī)器人，不能忽略達(dá)到機(jī)器人總質(zhì)量三分之一的彈跳腿質(zhì)量，必須研究機(jī)器人矢平面跳躍落地碰撞的動(dòng)態(tài)特性。
　　根據(jù)機(jī)器人落地過程的運(yùn)動(dòng)分析，機(jī)器人落地過程分為碰撞階段和二次騰空階段。分別采用第二類拉格朗日方程以及動(dòng)量

2、沖量法建立機(jī)器人的二次騰空和碰撞過程動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)足底與橡膠墊間水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)與豎直相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，碰撞過程可細(xì)分為單向滑動(dòng)、壓縮粘滯、恢復(fù)粘滯、壓縮反向滑動(dòng)和恢復(fù)反向滑動(dòng)五種情況，對(duì)這五種情況提出了對(duì)應(yīng)的判據(jù)，以及相應(yīng)的碰撞動(dòng)量方程和沖量表達(dá)式。
　　在Matlab/Simulink上完成單足機(jī)器人落地碰撞動(dòng)態(tài)特性仿真研究。仿真結(jié)果表明：機(jī)器人落地時(shí)，支撐腿偏角小于碰撞沖量的作用方向角，機(jī)器人減速轉(zhuǎn)動(dòng)；支撐腿偏角大于碰撞沖量的作

3、用方向角，機(jī)器人加速轉(zhuǎn)動(dòng)；支撐腿偏角等于碰撞沖量的作用方向角，機(jī)器人平動(dòng)。通過分析單足機(jī)器人落地過程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得出機(jī)器人的失穩(wěn)形式為向前傾倒和向后滑倒，提出機(jī)器人落地穩(wěn)定條件為機(jī)器人單調(diào)轉(zhuǎn)向鉛垂位置。通過仿真得到滿足落地穩(wěn)定條件的機(jī)器人支撐腿偏角上下邊界及穩(wěn)定域。
　　受僅有單足機(jī)器人垂直跳躍實(shí)驗(yàn)臺(tái)的限制，對(duì)垂直跳躍機(jī)器人落地碰撞沖擊力進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)垂直跳躍單足機(jī)器人球面尼龍足底與橡膠地面的碰撞過稱，建立了由支撐腿和