爆发式驱动单足弹跳机器人机构优化设计

本文设计了一种基于Stephenson六杆机构的新型单足弹跳机器人。建立了基于倒立摆系统的姿态控制方案;创新性地利用串联弹性驱动器(SEA)的被动柔性元件实现增大驱动器的瞬时功率;提出了基于内点法的非线性代数超越方程组的快速寻优方法,据此完成了弹跳机构杆长的优化设计,机构冲程/高度比为073。最后在专业机器人仿真平台Webots中,进行了机构的原地及前向连续弹跳仿真。仿真测试结果表明该弹跳机构可实现连续、稳定的垂直及前向跳跃:机器人最大弹跳垂直高度达34 m(机构高度的11倍);前向弹跳过程中,弹跳高度为30 m、前向弹跳速度为195 m/s;垂直弹跳时驱动器的瞬时峰值功率为电机额定功率的994倍,完全实现了爆发式驱动。为在复杂非结构化或低重力环境下的爆发式弹跳机器人研究做出了有益的探索。

弹跳机器人三维仿真示教平台设计

设计了一种机器人三维仿真示教平台,以单足弹跳机器人作为研究对象和可视化模型。该仿真平台成本低廉、用户操作简单且界面交互性较好,提供了3D模型加载显示模块、机器人运动学模块、三维场景漫游模块、通信模块、基于关键帧和插值算法的运动轨迹规划模块。该运动学仿真可以生成数值仿真曲线和三维仿真动画,并且能够进行用户交互式的运动轨迹规划。该仿真平台可以作为学生学习三维仿真技术的一个实验平台,使学生系统了解三维仿真过程,并且能够使学生对于机器人运动控制具有更加感性的认识,能够使学生更快的掌握相关知识,具有良好的示教演示意义和创新性。