自由落貓機(jī)器人最優(yōu)下落軌跡研究.pdf

1、貓從高處墜落能安全落地的能力一直被研究者們關(guān)注。當(dāng)一只貓從高空跌落時(shí)，它總能通過(guò)姿態(tài)調(diào)整使四肢朝下，加上腿部具有減少地面沖擊作用，最終能實(shí)現(xiàn)安全落地。機(jī)器人在未知復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)時(shí)，有從高處跌落的風(fēng)險(xiǎn)，所以需考慮其空中的姿態(tài)調(diào)整能力，減輕由錯(cuò)誤的著陸方式造成的傷害。因此研究落貓的空中翻正原理，將它的這些身體特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特征應(yīng)用到機(jī)器人上可期待解決機(jī)器人高空墜落的安全著陸問(wèn)題。
　　本文主要研究落貓機(jī)器人在自由下落過(guò)程中的最優(yōu)下落軌跡問(wèn)

2、題。首先把落貓機(jī)器人簡(jiǎn)化為由兩個(gè)軸對(duì)稱剛體組成的雙剛體系統(tǒng)，以其前后半身能否扭轉(zhuǎn)作為判別標(biāo)準(zhǔn)，把機(jī)器人模型分為不可扭轉(zhuǎn)模型與可扭轉(zhuǎn)模型，分別建立了動(dòng)力學(xué)方程。由于受到非完整約束的約束，落貓機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)非完整系統(tǒng)，該系統(tǒng)軌跡規(guī)劃問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題。選擇機(jī)器人各關(guān)節(jié)耗能作為最優(yōu)控制目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)控制輸入?yún)?shù)化方法把無(wú)限維最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限維最優(yōu)化問(wèn)題，運(yùn)用罰函數(shù)方法把有約束最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，分別采用擬牛頓算法

3、和粒子群優(yōu)化算法求出目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解?？紤]到機(jī)器人做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般下落高度固定，提供給其在空中進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的時(shí)間非常有限，因此相對(duì)于能量最優(yōu)化方法來(lái)講，縮短空中姿態(tài)調(diào)整時(shí)間要比減少能量消耗更加重要且具有實(shí)際意義，隨后首次提出了以時(shí)間最優(yōu)方式研究落貓機(jī)器人最優(yōu)下落軌跡問(wèn)題。最后制作了虛擬樣機(jī)和實(shí)物樣機(jī)，并分別在虛擬物理環(huán)境和垂直懸掛條件下，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，兩種樣機(jī)都能實(shí)現(xiàn)空中翻正動(dòng)作，進(jìn)而驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。