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研究生: 陳郁文
Yu-Wen Chen
論文名稱: 單足跳躍機器人之動態分析與最佳化控制
Dynamic Analysis and Optimal Control of a One-Legged Hopping Robot
指導教授: 葉廷仁
Ting-Jen Yeh
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 單足跳躍機器人最佳化機械共振運動模型
外文關鍵詞: One-Legged Hopping Robot, Optimiztion, Mechanical Resonance, Motion Modeling
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  • 本研究首先建立一三連桿單足機器人之運動模型,將此運動模型做動態分析得到從初始支撐到跳躍離地的所有運動模式(2DOF、3DOF
    、4DOF、5DOF)及對應的動態切換條件。藉由模擬,找出能達成跳躍的機制與不利跳躍的限制以提出進階的控制策略。控制策略上,除了充分利用關節的並聯彈簧來儲存/釋放能量外,並結合了以運動模型為基礎的最佳化(Optimization)方法規劃出能達到最大單次跳躍高度之控制力矩。實驗上,使用與文獻[17] 相同規格的馬達、連桿長度和整體重量的條件下,此最佳化控制策略將機器人最大跳躍高度由其8mm提升至20mm。


    摘要 I 誌謝辭 II 圖目錄 VI 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 論文簡介 5 第二章 三連桿單足機器人運動模型 7 2.1 三連桿單足機器人運動模型 7 2.2 落地的碰撞 13 2.3 簡化之落地穩定性分析 16 第三章 模擬分析與討論 19 3.1 二連桿狀態的共振模態 19 3.1.1 線性化 19 3.1.2 跳躍機器人自然頻率計算與實驗數據 22 3.2 二連桿模型模擬(2DOF) 24 3.2.1 二連桿模態驗證 25 3.2.2 共振累積能量的限制 26 3.3 三連桿單足跳躍模型模擬(5DOF) 28 3.3.1 單次跳躍模擬 29 3.3.2 腳趾自由度對跳躍的影響 30 3.3.3 連續跳躍模擬 31 第四章 跳躍控制策略 35 4.1 最佳化(Optimization) 35 4.2跳躍控制力矩規劃 37 4.2.1 2DOF控制策略 38 4.2.2 3DOF控制策略 41 4.2.3 5DOF控制策略 42 4.3 最佳化力矩規劃流程與結果 42 第五章 硬體架構與實驗結果 45 5.1 跳躍機器人硬體架構 45 5.1.1 自由度的配置 45 5.1.2 致動器與感測器 46 5.1.3 並聯彈簧 49 5.2 跳躍實驗架構 50 5.3 實驗結果 52 5.3.1 機器人跳躍實驗 52 5.3.2 跳躍高度驗證 54 第六章 結論與未來工作 56 參考文獻 58 附錄一 61

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