脊柱型四足機(jī)器人跳躍步態(tài)動(dòng)力學(xué)建模及特性研究.pdf

1、四足機(jī)器人能夠以最好的穩(wěn)定性和最低的復(fù)雜性快速通過非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。人們對(duì)機(jī)器人高速、高能效和靈活性提出越來(lái)越高的要求,而目前的機(jī)器人大多只能實(shí)現(xiàn)靜步態(tài)行走或者低速動(dòng)態(tài)奔跑。而生物學(xué)研究表明,跳躍步態(tài)是動(dòng)物使用的典型的對(duì)稱中高速步態(tài),并且很多足類動(dòng)物使用脊柱為運(yùn)動(dòng)提供額外的動(dòng)力和靈活性。而相應(yīng)的脊柱型機(jī)器人理論和控制的研究卻少之又少,通過脊柱型四足機(jī)器人跳躍步態(tài)的研究有益于進(jìn)一步明晰脊柱作用機(jī)理,對(duì)高速動(dòng)態(tài)奔跑機(jī)器人的研制具有現(xiàn)實(shí)而重要的意

2、義。
　　本課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金(NO.61005076)資助項(xiàng)目“脊柱型四足機(jī)器人能量自循環(huán)及結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化研究”,以跳躍步態(tài)下的帶脊柱的四足機(jī)器人為研究對(duì)象,旨在解決脊柱型四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模、穩(wěn)定跳躍步態(tài)控制、分析能量自循環(huán)機(jī)理及機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化等相關(guān)領(lǐng)域的問題。
　　論文進(jìn)行了四足動(dòng)物步態(tài)和脊柱運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)分析,確定了帶脊柱的四足機(jī)器人的跳躍步態(tài)作為研究對(duì)象,建立了能夠滿足分析需求的簡(jiǎn)化模型及相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)

3、方程。分析了關(guān)節(jié)型脊柱力位約束對(duì)系統(tǒng)性能的影響?？隙思怪h(huán)節(jié)引入對(duì)機(jī)器人速度峰值的提高作用。提出了“變肩髖距的脊柱控制策略”,為機(jī)器人脊柱的實(shí)際控制提供一種有效的解決方案。
　　為滿足“高效、高加速度”和著地相更精確速度控制的控制目標(biāo),根據(jù)相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型和脊柱作用機(jī)理假設(shè),建立了新的脊柱型四足機(jī)器人跳躍步態(tài)水平速度、跳躍高度及俯仰角控制方法。為高速奔跑的四足機(jī)器人的研制創(chuàng)造了條件。
　　最后,搭建了四足機(jī)器人跳躍步態(tài)的聯(lián)