氣動單足機器人垂直跳躍動態(tài)特性的研究.pdf

1、足式行走型機器人所獨有的小面積支撐、交叉跨步、跳躍越障的特點使其在占地廣闊的田間、山地、廢墟、戰(zhàn)場等復雜惡劣環(huán)境中行進時具有輪式機器人無法比擬的優(yōu)越性，足式機器人行進時支撐約束的多變以及與重心位置的復雜關系經常使其處于靜態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)，而單足機器人是足式機器人中靜態(tài)最不穩(wěn)定的系統(tǒng)，研究單足機器人的跳躍能力和全局運動穩(wěn)定性對足式機器人的發(fā)展具有重大的理論意義和實際價值。
　　實現單足機器人自平衡穩(wěn)定跳躍的關鍵技術包括具有較強緩沖能力與

2、爆發(fā)力的跳躍技術和機身姿態(tài)檢測與調整技術。針對由機身和通過球鉸與之連接的彈跳腿組成的單足跳躍機器人，分析了用于調節(jié)彈跳腿相對機身擺動時擺角和方位角的伺服液壓缸與機身和彈跳腿的連接方案，通過分析彈跳腿相對機身運動時各特征點所組成的直線和平面之間的幾何關系，運用空間解析幾何向量代數的運算法則，建立在兩個液壓缸驅動下彈跳腿相對機身擺動的運動學逆解和正解方程。設計了由四個超聲波傳感器組成的機身姿態(tài)檢測系統(tǒng)和兩個伺服液壓缸組成的機身姿態(tài)調整系統(tǒng)，

3、通過MATLAB仿真和SOLIDWORKS三維圖解驗證所做理論分析、動態(tài)建模和仿真結果的正確性。
　　依據動力學、熱力學和自動控制的基本理論，建立基于能量控制的氣動位置伺服系統(tǒng)數學模型。通過對氣缸活塞運動規(guī)律和氣體作用規(guī)律的分析，建立氣缸的動力學方程、能量方程、流量方程、溫度方程和摩擦力方程，使用能量差PD算法控制活塞的定位過程。在MATLAB上建立騰空相彈跳腿氣動位置伺服系統(tǒng)仿真模型并對活塞的定位過程和定位精度進行仿真研究。

4、r>　　綜合應用動力學、碰撞和自動控制理論以及氣動伺服系統(tǒng)研究成果，建立單足機器人落地碰撞、觸地相、起跳沖擊和騰空相運動過程數學模型和垂直跳躍綜合動態(tài)模型，在MATLAB上建立和調試聯(lián)合仿真模型，對單足機器人垂直跳躍運動過程和動態(tài)參數的變化規(guī)律進行仿真研究，在理論上驗證所建數學模型的正確性。對機器人前一周期跳躍高度、落地時刻氣缸下腔預設氣壓和活塞預設相對坐標、觸地相氣缸上腔充排氣起始氣壓、上下腔充排氣轉換相對坐標和節(jié)流口面積對機器人跳躍

5、高度的影響規(guī)律進行仿真研究，尋找實現機器人穩(wěn)定垂直跳躍的上述參數的可用區(qū)間和較佳區(qū)間。對機器人落地時刻氣缸下腔預設氣壓和活塞預設相對坐標、觸地相氣缸上下腔充排氣轉換相對坐標對單足機器人落地碰撞和起跳沖擊的影響規(guī)律進行仿真研究，尋找上述參數使機器人落地碰撞和起跳沖擊更小的可用區(qū)間和較佳區(qū)間，為實現單足機器人連續(xù)穩(wěn)定的垂直跳躍奠定理論基礎。
　　搭建由DSP控制系統(tǒng)、多傳感器檢測系統(tǒng)、氣動位置伺服驅動系統(tǒng)和單足機器人機械本體組成的單足

6、機器人垂直跳躍實驗臺，對機器人騰空相彈跳腿氣動位置伺服系統(tǒng)的定位精度和動態(tài)特性、單足機器人垂直跳躍的動態(tài)特性和穩(wěn)定性進行實驗研究。實驗研究機器人落地時刻氣缸下腔預設氣壓和活塞預設相對坐標、氣缸充排氣起始時刻和時間、比例閥節(jié)流口有效面積對單足機器人跳躍高度的影響規(guī)律；實驗研究落地時刻氣缸下腔預設氣壓和活塞預設相對坐標、氣缸上下腔充排氣時間對機器人落地碰撞和起跳沖擊的影響規(guī)律。通過與仿真結果對比，驗證本文所建立的單足機器人騰空相氣動位置伺服