基于青蛙骨骼結構模型的跳躍機器人研究.pdf

1、跳躍機器人研究是機器人領域的一個較前沿的課題，跳躍機器人被廣泛應用于星際探測、軍事反恐及資源勘探等領域。相較于行走機器人或輪式機器人，跳躍機器人具有能適應不同地表，跨越障礙及溝壑的特點，所以研究跳躍機器人具有重要意義。由于青蛙跳躍運動具有爆發(fā)性強和跳躍距離遠的特點，所以本文以生物青蛙為仿生研究對象，基于實驗室前幾代仿青蛙跳躍機器人的研究成果，進行仿青蛙跳躍機器人技術的研究。
　　首先分析生物青蛙的肌骨骼結構特性及其跳躍運動機理，建

2、立能夠完整描述青蛙生物運動特點的關節(jié)骨骼結構模型，在此基礎上根據影響青蛙跳躍運動的不同因素，將青蛙復雜的生物關節(jié)結構簡化為4種不同的跳躍結構模型。借助ADAMS仿真軟件，對4種模型的跳躍地面反作用力，質心的速度和位移，關節(jié)作用轉矩等多種運動特性分別進行分析和對比，確定綜合指標最優(yōu)的結構模型，為仿青蛙跳躍機器人原理樣機的設計提供理論基礎。
　　其次，基于最優(yōu)結構模型，進行仿青蛙跳躍機器人的原理樣機結構設計。機器人的前肢由肩關節(jié)和肘關

3、節(jié)組成，采用舵機驅動，主要起到起跳姿態(tài)調整支撐和落地緩沖的作用；后肢主要包括髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)、跗跖關節(jié)和腳掌，各個關節(jié)采用氣動肌肉作為驅動單元，具有較高的功率密度。氣動肌肉采用高速開關閥進行控制，有效地降低了機器人的重量。整個機器人的重量分布主要集中在后肢和軀干上，有利于提高能量的轉化效率。
　　第三、采用D-H法對機器人原理樣機的跳躍過程進行運動學分析，分別建立機器人起跳階段和騰空階段的運動學方程，得到機器人前后肢正運動學