足式跳躍機器人具有移動能力強,運動迅速的特點,在震后救災、戰(zhàn)場偵察和太空探測等場景中具有很高的實用價值,日益成為機器人研究的熱門領域。因此本文以機器人的跳躍能力為核心,分以下幾個方面展開了豎直跳躍控制的研究工作。關節(jié)式單腿機器人的結構設計。研究了基于四連桿傳動機理的髖關節(jié)和膝關節(jié)傳動方案,合理地選取了結構參數和液壓驅動器的布置方案,使單腿機器人具備了與人體腿部相似的自由度和運動范圍,展現出了良好的仿生特性。運動學和動力學建模。建立了單腿機器人足端位置與關節(jié)角度間的正逆向解算關系,并以關節(jié)角度為自變量對液壓缸行程進行了線性擬合,實現了機器人姿態(tài)的完全解耦。構造了基于拉格朗日法的動力學模型,整合了著地相和騰空相的動力學方程,并建立了關節(jié)力矩與關節(jié)角度間的線性擬合關系。以此為基礎,分析了關節(jié)力矩的作用規(guī)律和地面沖擊對關節(jié)力矩的影響。關節(jié)式單腿的豎直跳躍運動規(guī)劃。以跳躍高度為預期指標,分析了豎直跳躍SLIP模型的運動規(guī)律。通過將機器人質心映射至模型軌跡,解算出能夠驅動單腿進行預期高度跳躍的液壓缸行程函數。提出了基于余弦運動的跳躍規(guī)劃,并在仿真環(huán)境下驗證和比較了上述兩種模型的作用效果。最后結合液... 

【文章頁數】：93 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題背景及研究意義
    1.3 國內外的研究現狀及分析
        1.3.1 單腿跳躍機器人研究現狀
        1.3.2 機器人跳躍控制
        1.3.3 機器人落地緩沖策略
        1.3.4 國內外研究現狀簡析
    1.4 主要研究內容
第2章 單腿跳躍機器人建模與分析
    2.1 引言
    2.2 單腿跳躍機器人機構
    2.3 機器人運動學建模
        2.3.1 運動學坐標系的建立
        2.3.2 機器人運動學解算
        2.3.3 液壓缸行程擬合
    2.4 機器人動力學建模
        2.4.1 騰空相動力學建模
        2.4.2 接觸相動力學建模
        2.4.3 關節(jié)力臂的解算
    2.5 本章小結
第3章 液壓單腿機器人豎直起跳控制策略研究
    3.1 引言
    3.2 基于SLIP模型的豎直跳躍運動規(guī)劃
        3.2.1 經典SLIP模型運動學分析
        3.2.2 豎直跳躍SLIP模型的建立與分析
        3.2.3 基于豎直跳躍SLIP模型的軌跡規(guī)劃
        3.2.4 SLIP模型跳躍仿真分析
    3.3 基于質心余弦運動的豎直跳躍運動規(guī)劃
        3.3.1 基于質心余弦運動的軌跡規(guī)劃
        3.3.2 余弦運動跳躍仿真分析
        3.3.3 跳躍規(guī)劃模型的對比與分析
    3.4 基于力控制的位置規(guī)劃跳躍策略
        3.4.1 基于力控制的跳躍位置信號規(guī)劃
        3.4.2 跳躍控制策略的切換條件
    3.5 本章小結
第4章 液壓單腿機器人落地緩沖控制研究
    4.1 引言
    4.2 液壓力伺服系統(tǒng)及阻抗控制模型的建立
        4.2.1 液壓動力機構分析
        4.2.2 閥控非對稱液壓缸力伺服系統(tǒng)建模
        4.2.3 力伺服系統(tǒng)補償模型的建立與分析
        4.2.4 阻抗控制方式的選擇
        4.2.5 單關節(jié)阻抗控制模型的建立與分析
    4.3 基于關節(jié)阻抗模型的落地緩沖控制策略研究
        4.3.1 恢復扭矩的定義及分析
        4.3.2 關節(jié)阻抗模型落地緩沖策略的實現
    4.4 基于單腿虛擬模型的落地緩沖控制策略研究
        4.4.1 單腿虛擬模型的建立與分析
        4.4.2 單腿虛擬模型落地緩沖策略的實現
        4.4.3 基于修正SLIP模型的虛擬參數估算
    4.5 基于Adams的落地緩沖仿真分析
        4.5.1 關節(jié)阻抗模型仿真環(huán)境的搭建
        4.5.2 關節(jié)阻抗模型的落地緩沖仿真
    4.6 本章小結
第5章 液壓單腿機器人豎直跳躍實驗
    5.1 引言
    5.2 豎直跳躍實驗平臺的搭建
        5.2.1 實驗平臺的結構組成
        5.2.2 控制平臺的搭建
        5.2.3 嵌入式程序的工作架構
    5.3 單腿機器人豎直跳躍及落地緩沖實驗
        5.3.1 無緩沖策略的落地沖擊實驗
        5.3.2 基于關節(jié)阻抗模型的落地緩沖實驗
        5.3.3 基于單腿虛擬模型的落地緩沖實驗
        5.3.4 單腿機器人豎直跳躍實驗
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
附錄
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]基于力伺服的液壓足式機器人單腿阻抗控制的研究[D]. 儲振.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[4]液壓驅動四足機器人伺服及柔順控制研究[D]. 萬智.華中科技大學 2016
[5]液壓驅動單元力控系統(tǒng)變剛度阻尼負載特性模擬及補償控制[D]. 吳柳杰.燕山大學 2014
[6]腿型跳躍機器人跳躍過程運動分析及仿真研究[D]. 魏禹.哈爾濱工程大學 2013
[7]擺臂對縱跳影響的生物力學機制研究[D]. 于渤洋.蘇州大學 2012



本文編號：3661518