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单足机器人是研究仿生跳跃机器人的起点和基础,主要模仿动物的自平衡跳跃过程。针对机器人的特殊结构和质量属性进行单足机器人动态特性与触地相动态平衡控制方法研究,对于改善机器人的平衡控制策略以及仿生理论的研究有着十分重要的意义。单足机器人的跳跃运动在空间内进行,通过建立运动学正逆解模型得到机器人控制量与机身姿态检测量之间的映射关系。通过对动物跳跃过程的分析将机器人的三维跳跃简化为矢平面跳跃。将机器人每周期的跳跃情形归纳为触地相与飞行相,并对飞行相以及触地相机器人的运动过程进行详细讨论。利用第二类拉格朗日方程以及坐标变换建立触地相机身姿态调整的动力学模型。分析机器人姿态变化的根本原因并对国内外典型单足机器人平衡控制算法的适用条件进行归纳。通过研究袋鼠的跳跃运动过程,得到机器人姿态变化过程和运动稳定性条件。基于动力学模型提出满足触地相运动稳定条件的机身姿态调整过程和运动控制方。分析了机身姿态限制条件,完成了对机器人的触地相运动稳定性仿真研究。通过利用Matlab/Simunlink仿真得到运动学正逆解方程的数值解,并利用Solidworks三维图解与仿真结果进行对比,验证了运动学方程的正确性。同样通过Simulink仿真计算得到触地相动力学模型的数值解,仿真结果与Raibert教授的轨迹对称理论相吻合。对提出的机身姿态控制方法以及运动影响因素进行仿真,得到了满足运动稳定条件的触地相机身姿态变化曲线。通过对运动过程控制方法仿真研究,归纳出单足机器人矢平面跳跃运动稳定的一般规律。