單足彈跳機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)在近二三十年里得到了迅速的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也從工業(yè)制造領(lǐng)域擴(kuò)展到了航空航天、軍事偵察、醫(yī)療服務(wù)等領(lǐng)域。隨著機(jī)器人工作環(huán)境的日益復(fù)雜，對(duì)于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性的要求也越來越高。目前機(jī)器人運(yùn)動(dòng)主要分為輪式、步行以及彈跳等方式，其中彈跳式運(yùn)動(dòng)所特有的突然性與爆發(fā)性可以使機(jī)器人在面對(duì)突發(fā)狀況時(shí)迅速地做出反應(yīng)、躲避風(fēng)險(xiǎn)，正被越來越多的研究人員所關(guān)注。
　　本文以單足彈跳機(jī)器人作為研究對(duì)象，進(jìn)行了以下方面的研究：
　　首先，對(duì)袋鼠

2、運(yùn)動(dòng)時(shí)各肢體的功能與質(zhì)量分布進(jìn)行了分析，從袋鼠運(yùn)動(dòng)模型中抽象出了由身體、大腿、小腿三部分組成的單足機(jī)器人模型；針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分段連續(xù)的特點(diǎn)，采用拉格朗日方程法分別針對(duì)機(jī)器人的著地相和騰空相建立了動(dòng)力學(xué)模型。
　　接著，對(duì)單足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了介紹，搭建了以主控制器模塊、傳感器模塊以及電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊為主的控制系統(tǒng)平臺(tái)；對(duì)EPOS2電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作原理以及μC/OS-II實(shí)時(shí)內(nèi)核機(jī)理進(jìn)行了研究，完成了系統(tǒng)平臺(tái)底層代碼的編寫

3、，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人大小腿屈膝伸展的動(dòng)作。
　　然后，對(duì)自抗擾控制方法進(jìn)行了研究，在MATLAB下搭建了由跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和非線性反饋控制律組成的二階自抗擾控制器；分析了自抗擾控制器對(duì)于多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的解耦控制方法，并對(duì)雙關(guān)節(jié)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了改進(jìn)，搭建了自抗擾控制器，實(shí)現(xiàn)了各關(guān)節(jié)腿的解耦控制。
　　最后，針對(duì)袋鼠在彈跳運(yùn)動(dòng)中腿部肌肉、腱及韌帶等組織儲(chǔ)存與釋放能量的過程與彈簧壓縮伸長(zhǎng)的過程類似的特點(diǎn)，采用彈簧