爆发式驱动单足弹跳机器人机构优化设计

作者：施浩然; 许勇^*; 张强强; 江新阳; 刘佳莉; 董飞; 赵传森; 王煜

来源：机械设计与研究, 2021, 37(01): 71-76.

DOI：10.13952/j.cnki.jofmdr.2021.0015

• 爆发式驱动
• 单足弹跳机器人
• 机构优化
• 内点优化算法
• Webots仿真

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0.73。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3.4 m(机构高度的11倍);前向弹跳过程中,弹跳高度为3.0 m、前向弹跳速度为1.95 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9.94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。

• 单位
  上海工程技术大学