单足跳跃机器人驱动器设计和垂直跳跃控制的研究

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1、]U厂⋯——一一中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：驰签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数

2、据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。d么开口保密(——年)作者签名：名垫签字日期：迎垃：』奎：厶导师签名：签字日期：易永2Dfp．J2．6摘要与其他类型的移动机器人相比，跳跃机器人能够轻易地越过与自身尺寸相当甚至远大于自身尺寸的障碍物，所以更能适应复杂地形环境，具有高度灵活性。跳跃机器人的研究相对较晚，离实际应用还相差甚远，所以有必要对跳跃机器人的跳跃原理、系统结构设计、驱动装置、控制方法等方面进行深入的研究。本文从三个方面对单足跳跃

3、机器人展开了研究：首先，进行弹簧质量块模型自由落体的冲击实验。以实验方式研究了跳跃机器人跳跃时对地冲击的波形特性，提供了跳跃机器人跳跃过程状态变化信息，有助于跳跃机器人结构参数设计和控制算法研究。采用GA—LS算法对实验冲击波形进行了曲线拟合，得到了冲击波形的表达形式，这可以用来估算出跳跃机器人每次落地最低点的时刻，方便了依赖此时刻施加控制力的算法。其次，设计了基于动圈式直线电机的弹性作动器。驱动装置是跳跃机器人的心脏，常规的直线作动器利用齿轮减速机构减速再通过螺旋杆转换，将转动运动变换为直线运动。本文设计了基于动圈式直线电机的闭环串联弹性作动器，

4、省去了中间的环节，在直线作动时更具优势。最后，利用ADAMS软件建立了一种基于动圈式直线电机的弹性作动器的单足跳跃机器人虚拟样机，对机器人垂直方向上的运动进行了仿真实验，提出了基于能量变化一状态判定切换控制力的控制算法，采用ADAMS—MATLAB联合仿真技术，对单足跳跃机器人虚拟样机进行垂直跳跃控制的仿真实验研究，仿真结果不仅表明基于动圈式直线电机的弹性作动器可以应用于跳跃机器人，还表明了本文提出的控制算法在跳跃机器人垂直高度的控制上是有效的。关键词：冲击实验跳跃机器人弹性作动器联合仿真摘要IIAbstractABSTRACTComparedto

5、othertypesofmobilerobot，hoppingrobotcaileasilyskipoverobstaclesofthesizeequaltoorevenmuchlargerthanitssize，anditCanadapttothecomplexterrainoftheenvironment，谢t11ahi曲degreeofflexibility．Thestudyofthehoppingrobotisrelativelylate，anditisstillfarfrompracticalapplications，SOitisnece

6、ssarytoplacein—depthstudyonthehoppingtheory,systemarchitecturedesign，drives，controlmethods．Inthispaper,researchesonone··legged··robotwerecardedoutasfollowed：Firstly,shockexperimentwasdone、析tllthefreefallingspring—masssystem,tostudythewaveformoftheshockresultedfromthehoppingrob

7、otcontactingtheground，andithelpedtolearnmoreabouttheprocessofhopping．GA-LSalgorithmWasproposedtofittheexperimentalwave—shapedcurves，thenwecangetthetheoreticalexpressionoftheshockwaveforms，anditisusefultocalculateaccuratetimeofthelowestpointofeverylanding．Somecontrolalgorithmsw

8、orkatthelowestpoint．Secondly,SeriesElasticActuatorbasedonvoic