自平衡跳躍單足機(jī)器人空中姿態(tài)檢測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究.pdf

1、自平衡跳躍單足機(jī)器人的研究包括機(jī)身姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、氣動(dòng)彈跳腿垂直跳躍系統(tǒng)、機(jī)身自平衡液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多體動(dòng)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(duì)自平衡跳躍單足機(jī)器人機(jī)身姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)身自平衡液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及整機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析、動(dòng)態(tài)建模、仿真和模擬實(shí)驗(yàn)等方面的工作。
　　采用四個(gè)等距安裝在機(jī)身四周的超聲波傳感器檢測(cè)圓形機(jī)身四個(gè)點(diǎn)到地面的距離，建立了超聲波傳感器測(cè)量距離與機(jī)身姿態(tài)關(guān)系以及機(jī)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(jī)身姿態(tài)變化情況下液壓缸特征點(diǎn)空間變化曲面以及在限定條件下特征點(diǎn)在三維空間的運(yùn)動(dòng)軌跡，為根據(jù)機(jī)身姿態(tài)檢測(cè)值調(diào)整彈跳腿與機(jī)身夾角提供了理論依據(jù)。
　　針對(duì)彈跳腿相對(duì)機(jī)身夾角調(diào)整過程對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度的嚴(yán)格要求，設(shè)計(jì)并搭建了變負(fù)載液壓伺服模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。綜合應(yīng)用動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)和自動(dòng)控制的基本理論和方法，建立了包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方程和液壓缸動(dòng)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(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)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(hào)與液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性關(guān)系。采用基于給定運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了方波、正弦波、三角波等曲線的跟蹤。并根據(jù)機(jī)器人跳躍過程中在彈跳腿軸線與鉛垂線所在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的要求，對(duì)雙缸聯(lián)合驅(qū)動(dòng)時(shí)彈跳腿運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了路徑規(guī)劃，采用速度插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)了彈跳腿在給定平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。
　　綜合姿態(tài)檢測(cè)