仿蝗虫腿的弹跳及翻转机构设计与分析

admin · 发表于 2022-5-27 15:07:48

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跳跃式机器人具有运动灵活性高、越障能力强等优点，能够适应非结构化、未知的工作环境，在行星探测、战场侦察、反恐监控和危险环境搜救等领域具有广阔的应用前景。本文面向微小型跳跃机器人，结合国家自然科学基金项目“国防基础科研项目模块化机器人技术研究”，基于蝗虫弹跳后腿跳跃机理和运动机理的研究成果，进行了具有跳跃、翻转和转向的仿蝗虫弹跳机器人的研究。具体的研究内容如下： 1）以蝗虫跳跃运动为观测对象，利用高速摄像机，对蝗虫跳跃过程进行了生物观测实验，研究了蝗虫整个跳跃过程以及蝗虫形态结构与跳跃运动基本原理。 2）对蝗虫跳跃机构进行了简化，建立了仿蝗虫跳跃机器人的单腿跳跃模型，对各个关节角的变化进行了matlab拟合。运用机器人运动学，采用D-H齐次坐标变化法对简化的模型进行运动学题目的求解，得到了各杆件的位姿坐标和速度。在运动学的基础上，采用拉格朗日法，对机器人动力学进行了求解，实例计算得出各个关节所需的驱动力矩并进行了分析。 3）完成了仿蝗虫弹跳腿的机构设计及其仿真实验，并对弹跳腿跳跃的工作原理进行了阐述。针对跳跃机器人跳跃落地后发生翻转倾覆的题目，从功能仿生和结构仿生的角度设计了两类翻转机构，针对翻转杆件进行了详细的仿真和理论分析，并完成了设计参数的优化。为了实现跳跃腿的多次跳跃和任意角度的跳跃，设计了基于不倒翁原理的翻转机构和转向机构及相应的控制系统，实现了对弹跳机器人的控制，整个控制系统体积小，可靠性高。 4）分别搭建了弹跳机器人的实验系统，对机器人的弹跳、姿态调整和转向等运动模式进行了相关的实验。实验结果表明机器人具有较强的运动性能和姿态调整能力，可以越过高度为自身约5倍的垂直障碍物，在姿态翻转恢复方面与前一代机器人进行了对比实验，结果显示新翻转机构具有一定的优越性。在进行相关实验的基础上，进行了弹跳机器人的整体实验验证，说明机器人具有完整的跳跃、姿态调整、转向等功能，能够实现连续跳跃。

仿蝗虫腿的弹跳及翻转机构设计与分析

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