自由落貓機器人最優(yōu)下落軌跡研究.pdf

1、貓從高處墜落能安全落地的能力一直被研究者們關注。當一只貓從高空跌落時，它總能通過姿態(tài)調(diào)整使四肢朝下，加上腿部具有減少地面沖擊作用，最終能實現(xiàn)安全落地。機器人在未知復雜環(huán)境下作業(yè)時，有從高處跌落的風險，所以需考慮其空中的姿態(tài)調(diào)整能力，減輕由錯誤的著陸方式造成的傷害。因此研究落貓的空中翻正原理，將它的這些身體特點和運動特征應用到機器人上可期待解決機器人高空墜落的安全著陸問題。
　　本文主要研究落貓機器人在自由下落過程中的最優(yōu)下落軌跡問

2、題。首先把落貓機器人簡化為由兩個軸對稱剛體組成的雙剛體系統(tǒng)，以其前后半身能否扭轉作為判別標準，把機器人模型分為不可扭轉模型與可扭轉模型，分別建立了動力學方程。由于受到非完整約束的約束，落貓機器人系統(tǒng)是一個非完整系統(tǒng)，該系統(tǒng)軌跡規(guī)劃問題可轉化為非完整運動規(guī)劃問題。選擇機器人各關節(jié)耗能作為最優(yōu)控制目標函數(shù)，通過控制輸入?yún)?shù)化方法把無限維最優(yōu)化問題轉化為有限維最優(yōu)化問題，運用罰函數(shù)方法把有約束最優(yōu)化問題轉化為無約束優(yōu)化問題，分別采用擬牛頓算法

3、和粒子群優(yōu)化算法求出目標函數(shù)的最優(yōu)解?？紤]到機器人做自由落體運動時，一般下落高度固定，提供給其在空中進行姿態(tài)調(diào)整的時間非常有限，因此相對于能量最優(yōu)化方法來講，縮短空中姿態(tài)調(diào)整時間要比減少能量消耗更加重要且具有實際意義，隨后首次提出了以時間最優(yōu)方式研究落貓機器人最優(yōu)下落軌跡問題。最后制作了虛擬樣機和實物樣機，并分別在虛擬物理環(huán)境和垂直懸掛條件下，對樣機進行了驗證實驗，結果顯示，兩種樣機都能實現(xiàn)空中翻正動作，進而驗證了本文所提方法的有效性。