弹跳机器人着陆姿态分析及其控制方法研究
2025-08-04吴哲周祖鹏杨钰
机械传动 2025年7期
中图分类号:TH122;TP241 DOI:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.07.017
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目前,弹跳机器人在人类的各类活动中扮演着愈发举足轻重的角色,承担着愈发重要的任务。同时,人类对非结构化地形的探索需求更加明显,如外星探索、森林防火、地震或爆炸后的救援等。为此,人类开发出各种各样运动模式的机器人,如轮式移动机器人和仿生弹跳机器人等。轮式移动机器人在面对复杂地形时,往往表现出适应性不足的问题,其越障能力也相对较弱,这成为其在实际应用中面临的一大挑战。随着机器人应用范围的扩大,弹跳机器人在针对复杂未知非固定结构的环境探索中具有独特的优势[]。
在弹跳机器人研究领域,RAIBERT堪称先驱者,他与其团队深入剖析了单质量弹簧模型,设计出世界上首个以跳跃方式运动的单腿机器人[2]。
重庆大学的BAI等[3模仿非洲婴猴的跳跃动作和身体结构,设计了一款弹跳机器人。他们使用牛顿第二定律建立弹跳机器人动力学模型,使用比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)算法控制机器人关节角度,实现对机器人着陆姿态的控制;此外,将Luger模型加入控制系统,实现机器人着陆时的摩擦力补偿,提高了机器人的着陆稳定性。横滨国立大学的UGURLU等提出了一种基于零力矩点(ZeroMomentPoint,ZMP)定理的弹跳机器人跳跃轨迹生成方法。支撑阶段:首先,在极坐标系中对ZMP方程进行离散化处理,其数学模型包含角动量信息,可实现对角动量的抑制,并且得到质心的运动轨迹;其次,使用逆运动学的方法,得出关节角度。……
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