單腿跳躍機器人關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃及跳躍特性研究.pdf

1、有跳躍功能的腿式機器人能夠極大限度地適應(yīng)自然條件下復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境，在低重力的太空探索中優(yōu)勢更加明顯。因此很有必要對腿型跳躍機器人進行研究。本文以帶腳掌的單腿跳躍機器人為研究對象，建立了運動學(xué)和動力學(xué)模型，分析了跳躍過程中的約束，研究了跳躍全過程中關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃問題，分析了跳躍特性，并進行了實驗研究。
　　在對袋鼠和人的腿部生理結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，分析了影響生物跳躍運動性能的主要因素及機構(gòu)運動模型，研究了跳躍機理。確定了腿型跳躍

2、機器人設(shè)計準則，完成了腿型跳躍機器人實物樣機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　針對具有腳掌的腿型跳躍機器人，分析了跳躍全過程的運動動作，包括站立相、欠驅(qū)動相、騰空相、落地相。在跳躍機器人的機構(gòu)分析模型上，建立了全局坐標系、局部坐標系和廣義坐標，確定了結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用D-H方法建立了機器人的運動學(xué)方程；運用拉格朗日方法建立了腿型機器人跳躍全過程的動力學(xué)方程。
　　針對存在腳掌欠驅(qū)動的跳躍機器人，提出了基于能耗最小原則的關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃方法。在

3、對跳躍全過程約束全面分析的基礎(chǔ)上，確定了優(yōu)化的設(shè)計變量、目標函數(shù)、優(yōu)化算法和優(yōu)化步驟。代入實際模型參數(shù)，用MATLAB仿真了關(guān)節(jié)空間軌跡，且得到了運動學(xué)、動力學(xué)特性曲線。
　　針對跳躍機器人獨有的跳躍特性，分別從跳躍穩(wěn)定性、動力學(xué)、靈巧度方面進行了分析。分析了地面反力、ZMP(zeromoment point)以及繞質(zhì)心角動量；研究了腳掌轉(zhuǎn)動對跳躍性能的影響、欠驅(qū)動關(guān)節(jié)的動力學(xué)耦合特性；給出了常用靈巧度指標以及基于質(zhì)心運動方向的可