[发明专利]一种用于控制动量驱动机器人的智能跳跃方法

权利要求书

1.一种用于控制动量驱动机器人的智能跳跃方法，在所述动量驱动机器人本体四周分布有触角，所述触角末端使用柔性部件以缓冲跳跃、碰撞过程中小行星表面对本体结构的振动冲击；本体内部布置有动量轮，所述动量轮作为机器人的驱动系统，通过电机控制动量轮产生跳跃过程、姿态控制过程中所需要的控制力矩；

其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、在弱引力场环境下，当动量轮完成减速刹车操作后，由于动量交换的作用动量驱动机器人将会有向前翻滚运动的趋势，进而使动量驱动机器人具备完成跳跃的条件；利用自身的动量轮刹车机构设计起跳策略：所述起跳策略将起跳过程分为试跳、腾空、加速起跳和飞行四个阶段；动量轮缓慢提速储存动量，当倾斜角小于或等于起跳角时是试跳阶段；离开地面后，当倾斜角大于起跳角小于等于腾空角时是腾空阶段，倾斜角最终控制在腾空角附近；接着动量驱动机器人下落，当动量驱动机器人达到施加最大力矩的高度时是加速起跳阶段；完成起跳后进入飞行阶段；

步骤二、在弱引力场环境下，利用Hertz碰撞模型、Karnopp摩擦模型建立动量驱动机器人的跳跃行为动力学模型；

步骤三、根据步骤一设计的起跳策略和步骤二建立的动量驱动机器人跳跃行为动力学模型，驱动动量驱动机器人起跳，所述起跳过程包括起跳策略中的试跳、腾空、加速起跳和飞行过程；

步骤四、使用机器学习算法辨识环境参数，建立环境参数和动量驱动机器人运动的关系，使动量驱动机器人具有感知外部环境参数并适应复杂环境的能力，并基于环境参数设计跳跃参数使该动量驱动机器人的跳跃距离、腾空高度可控。

2.如权利要求1所述的一种用于控制动量驱动机器人的智能跳跃方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

在弱引力场环境下，动量驱动机器人与小行星表面接触发生碰撞，并借助于自身的刹车机构和动量驱动机器人与小行星表面之间的弹性形变完成跳跃；当动量轮完成减速刹车操作后，由于动量交换的作用，会施加给动量驱动机器人作用力矩，在该力矩作用下动量驱动机器人将会有向前翻滚运动的趋势，所述趋势使触角与接触表面的侵入深度增大，使接触表面的弹性形变增大，进而使动量驱动机器人获得的支持力增大；当支持力的竖直分量大于重力后，动量驱动机器人产生竖直向上的加速度使接触点离开小行星表面，进而使动量驱动机器人具备完成跳跃的条件；利用自身的动量轮刹车机构设计起跳策略，所述起跳策略将起跳过程分为试跳、腾空、加速起跳和飞行四个阶段；动量驱动机器人的触角在水平面投影的连线是一个对称的正偶数边形，定义该正偶数边形的边长为等效边长l；定义倾斜角η，是接触点O与动量驱动机器人质心连线与地面夹角；起跳控制时间t₀，是起跳阶段的结束时刻；起跳角α，是试跳阶段η的最大值；腾空角β，是腾空阶段电机停转过程中η角的最大值；施加最大力矩的高度χ，是动量驱动机器人进入加速起跳阶段的标志量；首先，动量轮缓慢提速储存动量；接着，在试跳阶段，施加力矩使动量驱动机器人转动，直到倾斜角η增大至起跳角α，动量驱动机器人离开地面进入腾空阶段；然后，动量驱动机器人继续转动使倾斜角η继续增大，并最终控制在腾空角β附近；接着，动量驱动机器人下落，当小行星表面到最近触角的高度大于χ时进入加速起跳阶段，动量轮刹车提供瞬时大力矩使动量驱动机器人完成加速起跳；最后，进入飞行阶段，通过控制动量轮转速使动量驱动机器人保持需要的姿态。