單足跳躍機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、目前仿生機(jī)器人的研究主要集中在輪式(履帶)機(jī)器人和爬行機(jī)器人上，相比于這兩種機(jī)器人，跳躍機(jī)器人能夠跨越比較大的障礙物，在比較復(fù)雜的地形環(huán)境中運(yùn)動(dòng)。首先總結(jié)了跳躍機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了本課題的研究?jī)?nèi)容。 接下來(lái)論文總結(jié)了已有單腿跳躍機(jī)器人的局限性，提出了一種新型彈性單腿跳躍機(jī)器人系統(tǒng)。該機(jī)器人采用雙臂驅(qū)動(dòng)，彈性伸縮腿中不安裝驅(qū)動(dòng)原件，系統(tǒng)依靠?jī)?nèi)部動(dòng)力學(xué)耦合實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)站立平衡、起跳、穩(wěn)定連續(xù)跳躍運(yùn)動(dòng)。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)非完整約束動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行

2、了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模。用Matlab對(duì)本機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了模型的正確性，為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。 為了提高機(jī)器人的耦合運(yùn)動(dòng)能力，論文對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析，建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化模型，并用Matlab優(yōu)化工具箱進(jìn)行解算。接著基于優(yōu)化結(jié)果對(duì)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)了輔助機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的支架。 根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，采用機(jī)構(gòu)學(xué)中影響系數(shù)的概念，定義了主被動(dòng)關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)耦合度指標(biāo)，并求解雙臂在各指標(biāo)下

3、的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)位形區(qū)域。通過(guò)機(jī)器人三種主要運(yùn)動(dòng)任務(wù)的仿真驗(yàn)證了分析結(jié)果。最后結(jié)合耦合度分析和仿真結(jié)果的研究，對(duì)系統(tǒng)完成三種不同任務(wù)的雙臂初始位形和平衡位置作了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，使雙臂在運(yùn)動(dòng)中力矩輸出最小。 論文討論了模型的微分平滑性，提出了一種將平衡位置變量近似處理使系統(tǒng)成為微分平滑系統(tǒng)的方法。并求解了機(jī)器人可行的運(yùn)動(dòng)路徑，為運(yùn)動(dòng)控制算法的研究提供了依據(jù)。 論文的最后一部分對(duì)系統(tǒng)試驗(yàn)進(jìn)行了介紹，分析了站立平衡試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出