仿蝗蟲機(jī)器人彈跳機(jī)理及模型研究.pdf

1、仿生跳躍機(jī)器人除了具有一般跳躍機(jī)器人可以跨越障礙，躲避危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有運(yùn)動(dòng)靈活、地面適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此受到國內(nèi)外各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注。而仿生跳躍機(jī)器人的研制在國際上尚處于起步階段，國內(nèi)也剛剛開始此類課題的研究。尤其在仿生跳躍機(jī)器人的彈跳模型、跳躍機(jī)理、樣機(jī)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)方面，國際上也尚處于研究的初期階段。因此課題著重從蝗蟲跳躍機(jī)理、彈跳模型和仿生機(jī)構(gòu)方面進(jìn)行研究。
　　首先系統(tǒng)地分析了國內(nèi)外仿生跳躍機(jī)器人及彈跳模型的研究

2、現(xiàn)狀，得出仿生機(jī)器人較多的實(shí)現(xiàn)了功能仿生，在運(yùn)動(dòng)機(jī)理仿生方面涉及不多，基于能量法的彈跳模型在彈跳高度計(jì)算方面不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)，提出了根據(jù)蝗蟲運(yùn)動(dòng)機(jī)理與生物特征進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)和利用模態(tài)分析及沖量定理對跳躍高度進(jìn)行計(jì)算。
　　通過對蝗蟲身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及跳躍運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析，建立了仿蝗蟲彈跳機(jī)器人的桿件模型，對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析，得到了具有蝗蟲生物特性的腿部激勵(lì)形式，為仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和跳躍激勵(lì)形式提供了理論基礎(chǔ)。通過對基于能量法的雙質(zhì)量彈簧

3、模型的分析，首次將雙質(zhì)量雙彈簧模型應(yīng)用于起跳階段，應(yīng)用模態(tài)分析法及沖量定理得出其跳躍高度與彈跳力的數(shù)學(xué)表達(dá)式，解決了能量法無法確定彈跳激勵(lì)形式的缺點(diǎn)。并應(yīng)用該模型對蝗蟲腿部特殊激勵(lì)形式與普通的激勵(lì)形式進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了蝗蟲腿部激勵(lì)的優(yōu)越性。
　　最后在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出仿蝗蟲彈跳機(jī)器人樣機(jī)，在仿真軟件ADAMS中進(jìn)行了虛擬樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，得到了機(jī)器人在跳躍高度，地面摩擦方面的數(shù)據(jù)。并進(jìn)行了機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了雙質(zhì)量雙彈簧模型跳躍