Minimalistic Models of an Energy-Efficient Vertical-Hopping Robot

Yu; X.; Iida; F.

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Minimalistic Models of an Energy-Efficient Vertical-Hopping Robot

机译：节能垂直跳跃机器人的简约模型

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The use of free vibration in elastic structure can lead to energy-efficient robot locomotion, since it significantly reduces the energy expenditure if properly designed and controlled. However, it is not well understood how to harness the dynamics of free vibration for the robot locomotion, because of the complex dynamics originated in discrete events and energy dissipation during locomotion. From this perspective, the goals of this paper are to propose a design strategy of hopping robot based on elastic curved beams and actuated rotating masses and to identify the minimalistic model that can characterize the basic principle of robot locomotion. Since the robot mainly exhibits vertical hopping, three 1-D models are examined that contain different configurations of simple spring–damper–mass components. The real-world and simulation experiments show that one of the models best characterizes the robot hopping, through analyzing the basic kinematics and negative works in actuation. Based on this model, the self-stability of hopping motion under disturbances is investigated, and design and control parameters are analyzed for the energy-efficient hopping. In addition, further analyses show that this robot can achieve the energy-efficient hopping with the variation in payload, and the source of energy dissipation of the robot hopping is investigated.

机译：在弹性结构中使用自由振动会导致节能的机器人运动，因为如果设计和控制得当，它将大大减少能量消耗。但是，由于在运动过程中离散事件和能量消散中产生的复杂动力学，因此对于机器人运动如何利用自由振动的动力学还没有很好的理解。从这个角度出发，本文的目的是提出一种基于弹性弯曲梁和驱动的旋转质量的跳跃机器人的设计策略，并确定可以表征机器人运动基本原理的简约模型。由于机器人主要表现出垂直跳动，因此对三个一维模型进行了研究，它们包含简单弹簧-阻尼器-质量组件的不同配置。真实世界和仿真实验表明，其中一种模型可以通过分析驱动中的基本运动学和负面工作来最好地描述机器人的跳跃。基于该模型，研究了跳变运动在扰动下的自稳定性，并分析了节能跳变的设计和控制参数。此外，进一步的分析表明，该机器人可以随着有效载荷的变化实现节能跳跃，并研究了该机器人跳跃的能量耗散来源。

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来源
《IEEE Transactions on Industrial Electronics》 |2014年第2期|1053-1062|共10页
作者
Yu; X.; Iida; F.;
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作者单位

Bio-Inspired Robotics Laboratory, Institute of Robotics and Intelligent Systems, Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich, Zurich, Switzerland|c|;

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原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Energy efficiency; legged locomotion; modeling; motion control; robot dynamics;

机译：能源效率;腿部运动;建模;运动控制;机器人动力学;

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