含有半圓形柔性腿的四足機器人跳躍步態(tài)研究.pdf

1、含有半圓形柔性腿的機器人結(jié)合了足式和輪式的優(yōu)點，控制簡單，環(huán)境適應(yīng)能力強，半圓形柔性腿使得機器人具有好的動力學(xué)特性，魯棒性強，這些優(yōu)點使得該種類型的機器人受到越來越多研究者的青睞。針對這種半圓形柔性腿機器人的研究，國內(nèi)外學(xué)者主要從靜態(tài)控制和動態(tài)控制開展工作，靜態(tài)控制的研究工作比較成熟，在進行運動的動態(tài)控制，如奔跑、跳躍等運動，存在的主要問題是機器人的能量利用效率比較低，并且當(dāng)機器人高速運動時穩(wěn)定性會變差，因此提高機器人的能量利用效率和高

2、速穩(wěn)定性是很有必要的，研究表明被動行走是改善能量利用效率的有效方法，并且被動行走具有一定的抗干擾能力，因此本文以半圓形柔性腿機器人為研究對象，分析其被動跳躍運動的動態(tài)特性，在進行機器人的跳躍運動主動控制時，使其盡可能運動在被動步態(tài)附近，旨在提高機器人的能量利用效率和高速穩(wěn)定性。
　　首先，基于卡式定理獲得等效彈簧剛度，建立半圓形柔性腿動力學(xué)模型，接著介紹了四足機器人的跳躍步態(tài)，并分析了一個完整跳躍步態(tài)中四個運動相以及切換條件，然后

3、應(yīng)用半圓形柔性腿模型建立四足機器人平面模型，運用拉格朗日方程推導(dǎo)平面模型在被動跳躍步態(tài)各運動相的運動方程以及各運動相的轉(zhuǎn)變條件。
　　其次，定義了半圓形柔性腿模型和平面模型在被動跳躍運動時的龐加萊映射和不動點，應(yīng)用牛頓迭代法獲得跳躍步態(tài)下的穩(wěn)定不動點?；诜€(wěn)定不動點分析了半圓形柔性腿模型高度映射關(guān)系，給出模型的不動點分布以及不動點的速度、高度變化規(guī)律。針對平面模型，分析了不同能量水平下的不動點分布以及模型跳躍運動時的動態(tài)特性，研究

4、了轉(zhuǎn)動慣量、相對軀干半身長和相對彈簧剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，利用matlab進行數(shù)值仿真，證明在合理的初始條件配置下機器人可以實現(xiàn)穩(wěn)定的被動跳躍運動并具有一定的抗干擾能力。
　　最后，根據(jù)所獲得的能量映射規(guī)律，建立基于能量水平的控制策略，將實際機器人的運動控制在被動跳躍步態(tài)的穩(wěn)定不動點附近，提高能量利用效率。建立半圓形柔性腿模型的等效SLIP模型和扭簧模型，搭建虛擬仿真平臺，通過matlab和adams軟件進行聯(lián)合仿真