自平衡跳躍單足機器人空中姿態(tài)檢測與自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究.pdf

1、自平衡跳躍單足機器人的研究包括機身姿態(tài)檢測系統(tǒng)、氣動彈跳腿垂直跳躍系統(tǒng)、機身自平衡液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多體動力學(xué)仿真及分析，自平衡控制算法等基礎(chǔ)理論的研究。本文針對自平衡跳躍單足機器人機身姿態(tài)檢測系統(tǒng)、機身自平衡液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及整機控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析、動態(tài)建模、仿真和模擬實驗等方面的工作。
　　采用四個等距安裝在機身四周的超聲波傳感器檢測圓形機身四個點到地面的距離，建立了超聲波傳感器測量距離與機身姿態(tài)關(guān)系以及機身偏轉(zhuǎn)角和方位

2、角與液壓缸的伸長長度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，通過MATLAB仿真，得到了機身姿態(tài)變化情況下液壓缸特征點空間變化曲面以及在限定條件下特征點在三維空間的運動軌跡，為根據(jù)機身姿態(tài)檢測值調(diào)整彈跳腿與機身夾角提供了理論依據(jù)。
　　針對彈跳腿相對機身夾角調(diào)整過程對運動軌跡和速度的嚴(yán)格要求，設(shè)計并搭建了變負(fù)載液壓伺服模擬實驗臺。綜合應(yīng)用動力學(xué)、流體力學(xué)和自動控制的基本理論和方法，建立了包括實驗臺運動方程和液壓缸動力學(xué)方程、節(jié)流口流量方程和流量連續(xù)方程以

3、及伺服閥與伺服放大器控制等方程數(shù)學(xué)模型，通過對實驗系統(tǒng)動態(tài)特性的分析和大量仿真數(shù)據(jù)的分析處理，得到液壓伺服系統(tǒng)輸入信號與液壓缸活塞桿運動的動態(tài)特性關(guān)系。采用基于給定運動軌跡與活塞位移差值的PID算法進(jìn)行位移的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了方波、正弦波、三角波等曲線的跟蹤。并根據(jù)機器人跳躍過程中在彈跳腿軸線與鉛垂線所在平面內(nèi)運動的要求，對雙缸聯(lián)合驅(qū)動時彈跳腿運動軌跡進(jìn)行了路徑規(guī)劃，采用速度插補算法實現(xiàn)了彈跳腿在給定平面內(nèi)的運動。
　　綜合姿態(tài)檢測