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(yīng)性能，成為機器人領(lǐng)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(gòu)模型進(jìn)行設(shè)計。應(yīng)用旋量理論對機器人進(jìn)行運動學(xué)分析，并建立機器人的拉格朗日動力學(xué)模型。從任務(wù)空間軌跡的規(guī)劃結(jié)果出發(fā)，運用優(yōu)化的思想，求解關(guān)節(jié)空間的運動特性，最終應(yīng)用實物樣機進(jìn)行了驗證。
　　通過對跳躍生物運動機理的分析，總結(jié)出跳躍機器人機構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)則及機構(gòu)設(shè)計的要求。基于這些準(zhǔn)則及要求，完

2、成了欠驅(qū)動跳躍機器人機構(gòu)模型的設(shè)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(guān)節(jié)平面四剛體跳躍機構(gòu)的分析模型，并對機構(gòu)的跳躍機理進(jìn)行了探討。
　　由于機器人的跳躍運動是一個變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變約束的過程，應(yīng)用旋量理論方法，分別對機器人站立相及騰空相的運動學(xué)模型進(jìn)行分析，并按各運動階段建立其拉格朗日動力學(xué)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(xué)模型進(jìn)行了分析。
　　規(guī)劃欠驅(qū)動跳躍機器人在各階段任

3、務(wù)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(xué)的基礎(chǔ)上，給出了欠驅(qū)動跳躍機器人的動力可操作度指標(biāo)對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行仿真分析。最后，以動力可操作度為目標(biāo)函數(shù)，對欠驅(qū)動跳躍機器人的運動軌跡進(jìn)行優(yōu)化。
　　設(shè)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(jié)構(gòu)，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(wù)進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果表明了規(guī)劃方法的正確性及控制方法的可行性。