弹跳机器人着陆姿态分析及其控制方法研究
吴哲1
周祖鹏1
杨铨2
1.桂林电子科技大学 机电工程学院,桂林 5410042.广西工业职业技术学院 智能制造学院,南宁 530001
摘要：[目的]针对弹跳机器人着陆时易倾翻、不稳定的问题,设计了一种采用正交布局的三动量轮弹跳机器人.[方法]首先,采用静态稳定边界法对机器人静态稳定性进行分析,证明了该机器人静止状态下水平站立的稳定性.其次,结合达朗贝尔原理和能量守恒,提出一种新的基于弹跳机器人姿态角、动势能关系的着陆稳定判据,并基于此方法对弹跳机器人进行了着陆阶段稳定性分析.再次,针对机器人起跳、着陆阶段扰动大和系统耦合的特点,设计了基于积分滑模控制算法的机器人姿态角控制器以及系统解耦的前馈控制器,对机器人滞空、着陆阶段进行了姿态控制;使用Ad-ams-Simulink联合仿真,验证了动态稳定判据的正确性;对比积分滑模观测器(Integral Sliding Mode Observer,ISMO)和比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器,前者的抗扰动能力可显著克服机器人起跳和着陆碰撞所产生的扰动.最后,制作样机,验证了动量轮改变弹跳机器人姿态的可行性.[结果]结合积分滑模控制算法,所设计的基于三正交动量轮姿态控制机构可有效地对机器人起跳后的姿态进行控制,并且所提出的机器人着陆稳定判据可有效地通过当前机器人状态对机器人稳定性进行预测.
关键词：弹跳机器人动态稳定性判别积分滑模控制姿态控制
分类号：TH122(机械设计、计算与制图)TP241(自动化技术及设备)
资助基金：广西自然科学基金项目(2022GXNSFAA035571)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 136-147 )
英文信息