欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人的運(yùn)動軌跡規(guī)劃及試驗(yàn)研究.pdf

1、近三十年來，跳躍機(jī)器人以其靈活的運(yùn)動性能及良好的環(huán)境適應(yīng)性能，成為機(jī)器人領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。本文從跳躍生物的運(yùn)動機(jī)理出發(fā)，對欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人的機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)用旋量理論對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，并建立機(jī)器人的拉格朗日動力學(xué)模型。從任務(wù)空間軌跡的規(guī)劃結(jié)果出發(fā)，運(yùn)用優(yōu)化的思想，求解關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動特性，最終應(yīng)用實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　通過對跳躍生物運(yùn)動機(jī)理的分析，總結(jié)出跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求?；谶@些準(zhǔn)則及要求，完

2、成了欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)。為了便于后續(xù)的研究，將欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人簡化成帶有欠驅(qū)動關(guān)節(jié)平面四剛體跳躍機(jī)構(gòu)的分析模型，并對機(jī)構(gòu)的跳躍機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　由于機(jī)器人的跳躍運(yùn)動是一個(gè)變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變約束的過程，應(yīng)用旋量理論方法，分別對機(jī)器人站立相及騰空相的運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行分析，并按各運(yùn)動階段建立其拉格朗日動力學(xué)方程?？紤]到機(jī)器人軟著陸相的特殊性，對機(jī)器人落地碰撞過程的動力學(xué)模型進(jìn)行了分析。
　　規(guī)劃欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人在各階段任

3、務(wù)空間運(yùn)動軌跡。以優(yōu)化思想為主線，建立最小驅(qū)動力矩的機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃模型。同時(shí)在在動力學(xué)的基礎(chǔ)上，給出了欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人的動力可操作度指標(biāo)對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行仿真分析。最后，以動力可操作度為目標(biāo)函數(shù)，對欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人的運(yùn)動軌跡進(jìn)行優(yōu)化。
　　設(shè)計(jì)欠驅(qū)動跳躍機(jī)器人的試驗(yàn)樣機(jī)，搭建機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，選取半主動控制為機(jī)器人的控制方式，對機(jī)器人在站立相的不同跳躍任務(wù)進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明了規(guī)劃方法的正確性及控制方法的可行性。