腳掌轉動的跳躍機器人軌跡規(guī)劃與落地穩(wěn)定性分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近幾十年來,腿型機器人一直成為移動機器人領域中的研究熱點,有著較高的理論研究與應用價值。
  跳躍運動是腿型機器人的一種重要的運動方式,但是由于跳躍運動對于機器人有著高爆發(fā)性和變約束性要求,具有跳躍功能的腿型機器人是一個高度非線性、多變量、強耦合和變結構的復雜動力學系統,其驅動性能約束下的逾障規(guī)劃和動態(tài)平衡控制的研究具有很大的挑戰(zhàn)性。本文以電機和彈簧耦合驅動的平面腿型跳躍機器人為研究對象,考慮腳掌在起跳過程中繞腳尖發(fā)生轉動,從提高

2、機器人跳躍能力的角度,結合運動約束條件,對腿型跳躍機器人的動力學建模、跳躍步態(tài)生成、軌跡跟蹤控制、落地穩(wěn)定性等關鍵問題進行研究。
  針對腿型跳躍機器人跳躍過程中與地面間的變約束特性,在考慮腳掌繞腳尖轉動的情況下,采用Lagrange方程建立包括連續(xù)動力學模型和碰撞相離散動力學模型在內的腿型跳躍機器人混雜系統的動力學模型,通過對機器人被動關節(jié)的動態(tài)分析得出模型動態(tài)切換條件。
  針對機器人規(guī)則地形下的跳躍運動規(guī)劃問題,研究基

3、于運動約束與最小能耗的平面腿型跳躍機器人穩(wěn)定跳躍步態(tài)生成算法。該算法在考慮腳掌轉動的情況下,分析完整跳躍周期中被動關節(jié)的表達式和機器人跳躍過程中所受到的運動約束條件,并基于最小能耗采用優(yōu)化的思想進行平面腿型跳躍機器人穩(wěn)定跳躍仿真試驗。
  針對具有不確定性干擾的腿型跳躍機器人系統模型,研究基于非奇異終端滑模控制率的軌跡跟蹤控制問題??紤]腿型跳躍機器人跳躍過程中的實際因素,建立基于Simscape的系統模型并進行相關的仿真。

4、  根據腳掌模型,分析存在腳掌轉動的腿型跳躍機器人落地碰撞階段的穩(wěn)定性問題。存在腳掌轉動的落地碰撞階段腿型跳躍機器人系統穩(wěn)定性問題是與該欠驅動系統零動態(tài)的穩(wěn)定性相關。通過控制使系統輸出為零,將零動態(tài)穩(wěn)定性問題轉化為系統閉環(huán)動力學方程的穩(wěn)定性問題,得出存在腳掌轉動的腿型跳躍機器人落地階段的穩(wěn)定性主要取決于機器人的結構參數和腳掌-地面接觸面的性能參數。
  本文有關平面腿型跳躍機器人的動力學建模、跳躍步態(tài)生成、軌跡跟蹤及落地穩(wěn)定性分析

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