單腿跳躍機(jī)器人關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃及跳躍特性研究.pdf

1、有跳躍功能的腿式機(jī)器人能夠極大限度地適應(yīng)自然條件下復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境，在低重力的太空探索中優(yōu)勢更加明顯。因此很有必要對(duì)腿型跳躍機(jī)器人進(jìn)行研究。本文以帶腳掌的單腿跳躍機(jī)器人為研究對(duì)象，建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，分析了跳躍過程中的約束，研究了跳躍全過程中關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃問題，分析了跳躍特性，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　在對(duì)袋鼠和人的腿部生理結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，分析了影響生物跳躍運(yùn)動(dòng)性能的主要因素及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型，研究了跳躍機(jī)理。確定了腿型跳躍

2、機(jī)器人設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，完成了腿型跳躍機(jī)器人實(shí)物樣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　針對(duì)具有腳掌的腿型跳躍機(jī)器人，分析了跳躍全過程的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，包括站立相、欠驅(qū)動(dòng)相、騰空相、落地相。在跳躍機(jī)器人的機(jī)構(gòu)分析模型上，建立了全局坐標(biāo)系、局部坐標(biāo)系和廣義坐標(biāo)，確定了結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用D-H方法建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；運(yùn)用拉格朗日方法建立了腿型機(jī)器人跳躍全過程的動(dòng)力學(xué)方程。
　　針對(duì)存在腳掌欠驅(qū)動(dòng)的跳躍機(jī)器人，提出了基于能耗最小原則的關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃方法。在

3、對(duì)跳躍全過程約束全面分析的基礎(chǔ)上，確定了優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化算法和優(yōu)化步驟。代入實(shí)際模型參數(shù)，用MATLAB仿真了關(guān)節(jié)空間軌跡，且得到了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性曲線。
　　針對(duì)跳躍機(jī)器人獨(dú)有的跳躍特性，分別從跳躍穩(wěn)定性、動(dòng)力學(xué)、靈巧度方面進(jìn)行了分析。分析了地面反力、ZMP(zeromoment point)以及繞質(zhì)心角動(dòng)量；研究了腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)跳躍性能的影響、欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)耦合特性；給出了常用靈巧度指標(biāo)以及基于質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方向的可