欠驅(qū)動跳躍機器人的運動軌跡規(guī)劃及試驗研究.pdf

1、近三十年來，跳躍機器人以其靈活的運動性能及良好的環(huán)境適應性能，成為機器人領域的一大研究熱點。本文從跳躍生物的運動機理出發(fā)，對欠驅(qū)動跳躍機器人的機構模型進行設計。應用旋量理論對機器人進行運動學分析，并建立機器人的拉格朗日動力學模型。從任務空間軌跡的規(guī)劃結果出發(fā)，運用優(yōu)化的思想，求解關節(jié)空間的運動特性，最終應用實物樣機進行了驗證。
　　通過對跳躍生物運動機理的分析，總結出跳躍機器人機構設計的準則及機構設計的要求。基于這些準則及要求，完

2、成了欠驅(qū)動跳躍機器人機構模型的設計。為了便于后續(xù)的研究，將欠驅(qū)動跳躍機器人簡化成帶有欠驅(qū)動關節(jié)平面四剛體跳躍機構的分析模型，并對機構的跳躍機理進行了探討。
　　由于機器人的跳躍運動是一個變拓撲結構，變約束的過程，應用旋量理論方法，分別對機器人站立相及騰空相的運動學模型進行分析，并按各運動階段建立其拉格朗日動力學方程?？紤]到機器人軟著陸相的特殊性，對機器人落地碰撞過程的動力學模型進行了分析。
　　規(guī)劃欠驅(qū)動跳躍機器人在各階段任

3、務空間運動軌跡。以優(yōu)化思想為主線，建立最小驅(qū)動力矩的機器人運動規(guī)劃模型。同時在在動力學的基礎上，給出了欠驅(qū)動跳躍機器人的動力可操作度指標對規(guī)劃結果進行仿真分析。最后，以動力可操作度為目標函數(shù)，對欠驅(qū)動跳躍機器人的運動軌跡進行優(yōu)化。
　　設計欠驅(qū)動跳躍機器人的試驗樣機，搭建機器人控制系統(tǒng)的硬件結構，選取半主動控制為機器人的控制方式，對機器人在站立相的不同跳躍任務進行了試驗。試驗結果表明了規(guī)劃方法的正確性及控制方法的可行性。