足式機器人以其優(yōu)越的越障能力及地形適應(yīng)能力，正逐漸成為國內(nèi)外研究的前沿方向。單腿跳躍機器人作為足式機器人的一種，是研究多足機器人的必經(jīng)之路。通過對單腿跳躍機器人的研究，可以更好地掌握仿生機器人的運動規(guī)律和跳躍機理。另外，單腿跳躍機器人的動態(tài)跳躍步態(tài)形式簡單，是研究足式機器人動態(tài)步態(tài)的理想平臺。

　　本文圍繞液壓驅(qū)動單腿跳躍機器人的控制器設(shè)計、豎直跳躍運動控制、機器人跳躍實驗這三個部分展開。主要工作包括：

　　（1）提出嵌入式控制系統(tǒng)上下位機的總體架構(gòu)，采用STM32為主控芯片設(shè)計下位機硬件電路；完成包括初始化模塊、主程序模塊、中斷模塊的下位機軟件編寫；在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下，編寫上位機界面。

　　（2）對于機器人本體進行運動學(xué)建模，主要是對雙關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的機器人本體進行關(guān)節(jié)運動分析。在此基礎(chǔ)上，提出機器人空中相固定姿態(tài)，著地相跟蹤規(guī)劃軌跡的跳躍方式。分別提出基于SLIP模型和關(guān)節(jié)正弦模型的兩種著地相軌跡規(guī)劃方案，通過運動學(xué)逆解得出關(guān)節(jié)的角度變化規(guī)律。進一步的，提出基于PID的關(guān)節(jié)角度控制策略：空中相采用PID控制器，著地相考慮柔順的需求，采用PD控制器。

　　（3）完成機器人空中相的階躍響應(yīng)實驗和頻率特性實驗。通過在閉環(huán)階躍響應(yīng)實驗中調(diào)定PID控制器的參數(shù)，使得機器人的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)表現(xiàn)出較好的動態(tài)性能；通過測試機器人雙關(guān)節(jié)閉環(huán)正弦跟蹤，研究膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的頻率特性情況。實驗結(jié)果表明，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的截止頻率分別為6.6Hz和4.4Hz。

　?。?）在防止“兩次點地”及收腿和伸腿階段采用不同的比例系數(shù)的條件下，整定完著地相PD控制器參數(shù)。同時，討論控制策略切換的問題，并給出機器人著地和起跳條件。在上述研究基礎(chǔ)上，完成基于SLIP模型和關(guān)節(jié)正弦模型軌跡規(guī)劃的跳躍實驗，實驗結(jié)果表明模型的合理性。進一步的，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)分析機器人跳躍過程中的一些特性，加深對機器人跳躍運動的認識。為了減小機器人著地沖擊，提出著地相變軌跡結(jié)合更改著地判定條件的方法，并通過實驗驗證了它的有效性。最后，對本論文的研究工作進行了總結(jié)，并對后面的研究工作提出一些方向。
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