平面跳跃机器人浮动基动力学模型与试验验证

"该文研究了跳跃机器人的浮动基动力学模型，通过对平面腿型跳跃机器人的建模，采用Lagrange动力学方法分析支撑相和腾空相的运动，建立考虑Pfaffian约束的显式力约束模型，并通过仿真和实际试验验证了模型的准确性。该研究受高等学校博士学科点专项基金和中央高校基础教育专项基金资助。" 本文详细探讨了平面腿型跳跃机器人浮动基动力学模型的构建和验证。首先，跳跃机器人被简化为一个由三根均质连杆组成的平面跳跃机构，这样的简化有助于理解和分析机器人的动态行为。在研究过程中，为了应对跳跃运动过程中约束条件的变化，设立了三个坐标系来系统地研究跳跃过程中的变约束性。 接下来，作者对跳跃运动的两个关键阶段——支撑相和腾空相进行了深入分析。在支撑相中，机器人腿部与地面接触，这一接触满足Pfaffian约束，即足尖位置与关节角度之间存在特定的关系。为了解决这个问题，研究者创新性地将足尖的平移坐标与关节变量结合，定义为广义坐标，从而建立了一个显含力约束的动力学模型。这个模型能够更好地捕捉到机器人在地面支撑时的动态特性。 在腾空相，由于机器人与地面无接触，其动力学模型会有所不同。通过Lagrange方程，可以描述机器人在空中自由运动时的能量转换和动力学规律。Lagrange动力学方法是一种处理有约束系统的有效工具，它考虑了动能和势能，以及非保守力的作用，如重力。 此外，论文还确定了跳跃运动的约束方程和相互识别条件，这些是确保模型正确性的关键。为了验证所建立的浮动基动力学模型的准确性和实用性，作者进行了数值仿真和实物样机试验。仿真结果与试验数据的一致性证明了模型的有效性，这对于进一步优化跳跃机器人的设计和控制策略具有重要意义。 这篇论文的工作为跳跃机器人的动力学建模提供了一种新的方法，尤其在处理变约束条件下的动力学问题上，为后续的机器人研究提供了理论支持和技术参考。同时，这种模型的建立对于开发高性能的跳跃机器人，如用于复杂环境探索或执行特殊任务的机器人，具有重要的实践价值。