單足機器人矢平面跳躍落地碰撞動態(tài)特性研究.pdf

1、在研究運動機器人領域內，單足跳躍機器人由于運動靈活和越障能力強的優(yōu)點，成為熱點課題。以Raibert教授為代表的一批國內外學者均通過將單腿跳躍機器人簡化為彈簧負載倒立擺模型而忽略碰撞過程對機器人的影響。本文所設計的全氣動單足機器人，不能忽略達到機器人總質量三分之一的彈跳腿質量，必須研究機器人矢平面跳躍落地碰撞的動態(tài)特性。
　　根據機器人落地過程的運動分析，機器人落地過程分為碰撞階段和二次騰空階段。分別采用第二類拉格朗日方程以及動量

2、沖量法建立機器人的二次騰空和碰撞過程動力學模型。根據足底與橡膠墊間水平相對運動與豎直相對運動的關系，碰撞過程可細分為單向滑動、壓縮粘滯、恢復粘滯、壓縮反向滑動和恢復反向滑動五種情況，對這五種情況提出了對應的判據，以及相應的碰撞動量方程和沖量表達式。
　　在Matlab/Simulink上完成單足機器人落地碰撞動態(tài)特性仿真研究。仿真結果表明：機器人落地時，支撐腿偏角小于碰撞沖量的作用方向角，機器人減速轉動；支撐腿偏角大于碰撞沖量的作

3、用方向角，機器人加速轉動；支撐腿偏角等于碰撞沖量的作用方向角，機器人平動。通過分析單足機器人落地過程的運動規(guī)律，得出機器人的失穩(wěn)形式為向前傾倒和向后滑倒，提出機器人落地穩(wěn)定條件為機器人單調轉向鉛垂位置。通過仿真得到滿足落地穩(wěn)定條件的機器人支撐腿偏角上下邊界及穩(wěn)定域。
　　受僅有單足機器人垂直跳躍實驗臺的限制，對垂直跳躍機器人落地碰撞沖擊力進行了仿真和實驗研究。針對垂直跳躍單足機器人球面尼龍足底與橡膠地面的碰撞過稱，建立了由支撐腿和