跳躍式機器人機構設計與動力學分析.pdf

1、跳躍式機器人可以躍過數倍于自身高度的障礙物或溝渠，對地形有較強的適應力，且跳躍運動的突然性與爆發(fā)性有助于機器人躲避危險，在現代化戰(zhàn)爭和航天探測領域將會有廣泛的應用。由于技術上的困難，目前國際上還處于初始研究階段，尚無可實際應用的跳躍式機器人。跳躍式機器人可分為連續(xù)性跳躍式機器人與間歇性跳躍式機器人，其中間歇性跳躍式機器人不需要時刻保持對機體的平衡控制，又具有構建簡單、跳躍高度大等特點。本文以間歇性跳躍式機器人為研究對象，構建了多種跳躍機

2、構和集跳躍運動、輪式移動兩種運動方式的間歇性跳躍式機器人，并對其進行了動力學方面的分析。本文的許多分析過程與研究結論對于連續(xù)性跳躍式機器人的研究也有參考意義。論文的主要內容如下： 1．對比分析了連續(xù)性跳躍運動和間歇性跳躍運動、連續(xù)性跳躍式機器人和間歇性跳躍式機器人的異同點，概述了跳躍式機器人的研究起源、國內外研究現狀及其發(fā)展趨勢，總結了跳躍式機器人的主要構建方法，指出了跳躍式機器人目前研究面臨的主要問題，并提出了可行的解決途徑，

3、給出了跳躍式機器人的諸多實例。 2．給出了線性彈性腿跳躍機構、六桿式蓄能腿跳躍機構、改進后的六桿式蓄能腿跳躍機構等三種跳躍機構的機構設計與工作原理分析。設計了一個同時具有輪式移動、跳躍兩種運動方式的自主式運動機器人的機械結構。該機器人在較平坦地形下采用輪式移動方式前行，遇到障礙物或溝渠時，可以進行跳躍，從而擴大運動范圍。首先概括介紹了該機器人的總體結構和運動過程，然后詳細分析了機器人的跳躍機構、跳躍參數調節(jié)機構、傾覆翻轉機構、落

4、地緩沖機構等關鍵機構的工作原理，并給出了機構設計方案。根據總體設計要求計算了關鍵參數，并選定了蓄能彈簧、壓縮鎖定釋放電機、起跳角度調節(jié)電機、行走電機、拉伸鋼絲繩等器件。 3．給出了單自由度質量-彈簧系統(tǒng)模型、雙質量-彈簧系統(tǒng)模型等基本跳躍模型的動力學分析，得出了模型的起跳條件、能量損失原因等結論。把驅動機構和跳躍機構一起加以考慮，綜合了各種阻尼的影響，構建了線性彈性腿跳躍模型、六桿式蓄能腿跳躍模型、帶有扭簧的六桿式蓄能腿跳躍模型

5、等三種跳躍模型。采用二階拉格朗日方程分析方法，對其進行了動力學分析和比較，求出了這三種跳躍模型的動力學狀態(tài)方程和跳躍高度、能量損失的計算公式。從影響跳躍高度的因素、跳躍過程中能量損失的主要原因、影響跳躍的其它因素等三方面入手，具體分析了影響跳躍運動的諸多因素。 4．建立了間歇性跳躍式機器人模型，對其單環(huán)跳躍軌跡進行了計算分析，繪出了單環(huán)跳躍軌跡拋物線頂點構成的橢圓。把軌跡預測理論應用于水平地面跳躍、躍過溝渠、跨越障礙物、躍上或躍

6、下臺階等幾種典型地形下跳躍過程的分析中。給出了該模型的跳躍控制函數，提出了單環(huán)跳躍代價函數和總體跳躍代價函數的概念，并應用于跳躍式機器人的多環(huán)跳躍序列規(guī)劃。給出了該跳躍式機器人的一個多環(huán)跳躍序列規(guī)劃過程。以質量-彈簧跳躍模型為分析對象，研究了前向神經網絡理論在跳躍運動分析中的應用。采用神經網絡仿真軟件NeuroSolutions構建了該前向神經網絡分析器，并給出了仿真過程及仿真結果，且用袋鼠和人體跳躍過程中的一些參數來驗證此MLPs神經