立方機(jī)器人一個(gè)可以跳躍和平衡的立方體

1、立方機(jī)器人：一個(gè)可以跳躍和平衡的立方體立方機(jī)器人：一個(gè)可以跳躍和平衡的立方體摘要：這篇文章介紹了一個(gè)15x15x15cm可以跳躍和可以靠一角保持平衡的立方體。飛輪安裝于立方體的三個(gè)面上如圖1所示，以高角速度轉(zhuǎn)動(dòng)并緊急制動(dòng)，來讓立方體機(jī)器人跳躍。曾經(jīng)這立方機(jī)器人即將達(dá)到以一角保持平衡的位置，控制電機(jī)扭矩可以保持它利用一角保持平衡。這篇文章延續(xù)著立方體機(jī)器人在ETH蘇黎世和現(xiàn)有預(yù)算結(jié)果的三維模型發(fā)展。1介紹介紹倒立擺系統(tǒng)有著豐富的歷史并且已

2、經(jīng)管飯的運(yùn)用于測(cè)試，演示和檢測(cè)新的控制概念和理論。此外，倒立系統(tǒng)本身新控制算法的發(fā)展仍然是一個(gè)活躍的探索領(lǐng)域。相比于其他的3D倒立擺測(cè)試平臺(tái)，這立方體機(jī)器人有兩個(gè)獨(dú)特的特征。其中一個(gè)是它相對(duì)小的步態(tài)，（因此它叫立方體機(jī)器人，這源于瑞典的德語“立方體”的小型）。另一點(diǎn)在于他可以靜止沒有其他來自另外支撐的跳躍位姿，不僅是一個(gè)有趣的控制概念并且是一個(gè)對(duì)普通大眾有吸引力的演示效果。圖1去除蓋子的立方體機(jī)器人CAD圖紙圖2顯示了立方體機(jī)器人的跳躍

3、方式。最初立方體機(jī)器人以一面平放地面，將通過它的邊緣來跳躍，并通過及時(shí)制動(dòng)其飛輪。一旦立方體機(jī)器人通過其一邊來平衡，接下來的兩個(gè)輪子都是瞬間輪基于倒立擺的設(shè)計(jì)，除了制動(dòng)機(jī)制以外，還可以在[5]中找到[7]。原型包括持有動(dòng)量交換的正方形塑料板，飛輪通過電機(jī)在其中心和制動(dòng)機(jī)制使它可以通過一角來站立。塑料的尺寸板與該立方體機(jī)器人一個(gè)面的尺寸想符合，這將被稱為以后的鐘擺機(jī)構(gòu)。這個(gè)塑料板是連接在底部軸承上的，這給它單自由度來使它在一個(gè)角落里繞著它

4、的角落水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。A系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力圖3由一個(gè)正方形組成的一維原型的其重心在其中心，通過電機(jī)保持動(dòng)量交換輪的塑料板的重心在其中心。這個(gè)塑料板是安裝于軸承底部的。讓來表示擺體的傾斜角度，代表旋轉(zhuǎn)位移的飛輪與擺體的夾角。非線性動(dòng)力學(xué)給出了b???圖3所示坐標(biāo)下的動(dòng)力學(xué)方程??sin)())((sin2222????????????????????lmICglmlmlmIICTlmIIlmICCglmlmbbbbbbbmbbbbmbbbb??

5、?????????????????????????定義，為擺動(dòng)體和飛輪的質(zhì)量，為擺動(dòng)體繞支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為飛輪繞電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)bm?mbI?I子為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為電機(jī)軸到支點(diǎn)之間的距離，為擺體質(zhì)量中心和支點(diǎn)之間的距離，lblbCg=9.81為重力加速度，為電機(jī)產(chǎn)生的扭矩，同時(shí)，為鐘擺體和飛輪之間的動(dòng)態(tài)摩擦系2??smmT?C數(shù)。因?yàn)槲覀兪褂昧艘粋€(gè)電機(jī)，允許電流設(shè)定點(diǎn)控制在10Hz的內(nèi)部循環(huán)，目前的轉(zhuǎn)矩關(guān)系可以建模為（2）uKTmm?當(dāng)[14