仿婴猴单腿弹跳机器人结构设计与实现

针对弹跳仿生机器人存在的主要问题,结合婴猴体型小且具有平稳暴发弹跳的特点,提出了一种仿婴猴单腿弹跳机器人,对其主要结构和控制系统进行了设计。通过分析婴猴的腿部结构,基于Stephenson六杆机构原理,设计了一种仿婴猴机器人腿部的平面八连杆机构,并对其轨迹进行优化,获得了具有最佳弹跳能力的杆长参数;对机器人弹跳的3个方向进行控制调整,利用双闭环反馈控制系统实现了机器人在起跳、腾空、落地时姿态的稳定;最后,建立了机器人的实物验证模型,整个机械装置质量为395.5 g,整体高度为250 mm。实验结果表明,该仿生单腿机器人可实现连续稳定的跳跃,最高弹跳速度可达20 m/s,弹跳高度为100 mm时的响应时间为0.1 s。

弹跳机器人翻转机构的设计与优化

为了提高弹跳机器人的地面适应性,解决弹跳机器人落地后的翻转问题,从蝗虫和龟类的翻转研究中得到启示,设计结构简便、易于控制、集支撑与翻转功能为一体的翻转机构。应用三角重心理论,分析机器人翻转的原理和翻转过程。在仿真的基础上,对翻转机构进行构型和尺寸优化,保证机器人结构紧凑,轻量化和较高的电动机利用率。搭建翻转机构平台,验证了翻转机构原理的可行性和优化设计的正确性,为弹跳机器人进一步的创新研究提供了理论基础和依据。

一种间歇式弹跳机器人的机构设计与跳跃性能分析

为研究复杂地形下弹跳机器人跳跃轨迹的可控性问题,设计一种基于齿轮—六杆变胞机构的间歇式弹跳机器人。通过改变齿轮—六杆变胞机构的拓扑结构,机器人具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小以及调整姿态角的功能,起跳过程中弹跳力具有仿生特性。根据机器人的结构特征设计翻转机构,使其倒地后自行翻转复位。在理论建模基础上,对机器人的跳跃运动进行仿真以研究储能改变和姿态角调整对跳跃轨迹的影响。研制间歇式弹跳机器人原理样机并进行跳跃运动试验,仿真和试验结果较吻合。结果表明,该间歇式弹跳机器人的机构设计具有可行性,跳远度和跳高度具有可控性:跳远度的控制可通过改变储能大小实现;储能相同时,跳高度的控制可通过调整姿态角实现。为需要轨迹规划的间歇式弹跳机器人的设计提供了一种方案。

间歇性单足弹跳机器人落地冲击及稳定性分析

弹跳式机器人落地时与地面的撞击会造成机载设备的损坏 ,而且由于足部受力不均导致机构易翻转 ,难以保持正常的姿态继续弹跳。本文首先建立间歇式弹跳机构的双质量弹簧模型 ,对其进行动力学分析 ,并将弹跳动作划分为四阶段 ,分析了除起跳外其他三个阶段中所受外界作用。经过计算分析 ,最终归纳总结出五条减小落地冲击力及保持稳定的改善措施 。

星面探测仿生弹跳机器人设计、仿真及实验

基于袋鼠的跳跃运动机理和齿轮—五杆组合机构,设计了一种用于星面探测的小型间歇式弹跳机器人.提出了仿袋鼠结构、运动形态及产生非线性弹跳动力的闭链机构的弹跳模型.采用D-H法建立了机器人运动方程,并对其跳跃运动步态、仿生运动特性和弹跳效率进行了分析,给出了该机器人设计的整体结构.运用ADAMS软件对机器人进行动力学建模与全过程运动仿真,验证了该闭链仿生弹跳机构及其运动的有效性,较大幅度提高了弹跳机构对能量的利用率,其效率可达70%,避免了弹跳机器人提前起跳.最后设计制作了弹跳机器人原理样机,并进行跳跃试验.试验结果表明:样机试验与仿真结果基本是一致的;1.4kg的弹跳机器人跳远度为813mm,跳高度为471mm,从而解决了利用微小电机驱动机器人实现弹跳运动的问题.

虚拟仿真平台下弹跳机器人模型的设计和实现

针对目前国内外对弹跳机器人灵活性的要求越来越高,以3ds Max 2013和VRML为基础,采用Microsoft Visual C++2012作为开发环境,构建了形象生动的弹跳机器人模型,结果表明,该弹跳机器人实现了行走、跳跃、弹跳等功能,并能实时与虚拟场景进行动态交互,使操作者产生身临其境的感觉,从而使弹跳机器人的交互过程更加快速、方便和直观。

基于单神经元PID调节的弹跳机器人落地姿态控制

为解决弹跳机器人在落地前的姿态控制问题,将单神经元PID调节技术运用到机器人飞行姿态控制中,使机器人底面在落地前能够与地面调节至平行关系,以利于机器人稳定落地。根据控制要求,在对机器人"弹跳—落地"过程以及飞轮调节系统数学模型分析的基础之上,讨论了机器人空间姿态角变化与飞轮旋转角之间的关系,建立了基于机器人姿态角反馈的飞轮旋转输出力矩的单神经元PID调节控制方案,最后给出了在这种控制方案下基于Adams与MATLAB的联合仿真结果。该仿真结果表明,在落地前,通过飞轮输出力矩的变化,机器人底面能够与地面逐渐调节至平行关系,从而稳定落地。同时,仿真结果也为弹跳机器人在空间任意姿态角时的精确控制的进一步研究提供了理论基础和研究依据。

一种弹跳机器人的越障性能仿真分析

针对一种弹跳机器人,结合仿真得到一种定量分析机器人越障性能的计算方法,并通过该方法得到影响跳跃性能的参数。最后给出通过调整结构参数改变机器人跳跃性能的两种方法。

基于ADAMS的垂直弹跳机器人动力学仿真

针对一种垂直弹跳机器人,利用Pro/E软件创建三维实体模型,然后利用Pro/E与ADAMS的数据接口软件Mechanism/Pro将模型及其特征参数导入ADAMS中,并在几何模型上施加适当的约束、接触力、驱动、传感器等,最后进行动力学仿真,主要分析了弹簧刚度对机器人的弹跳高度、弹跳速度和弹跳加速度等的影响。

四腿液压弹跳机器人的单腿起跳优化设计

针对提高关节型液压驱动弹跳机器人的环境适应性,提出了除高度、稳定性外,弹跳机器人的另一重要控制参数——地面支持力。通过增加腿部力量推动机身做功位移,同时保持推动力恒定,消除足端对地面的作用力的波动,以减小弹跳所需支持力的峰值,降低对地面硬度的要求。另一方面通过合理的运动规划,使得机器人在保持弹跳高度、负载不变的前提下,对液压系统流量及压力的要求降低。

弹跳机器人三维仿真示教平台设计

设计了一种机器人三维仿真示教平台,以单足弹跳机器人作为研究对象和可视化模型。该仿真平台成本低廉、用户操作简单且界面交互性较好,提供了3D模型加载显示模块、机器人运动学模块、三维场景漫游模块、通信模块、基于关键帧和插值算法的运动轨迹规划模块。该运动学仿真可以生成数值仿真曲线和三维仿真动画,并且能够进行用户交互式的运动轨迹规划。该仿真平台可以作为学生学习三维仿真技术的一个实验平台,使学生系统了解三维仿真过程,并且能够使学生对于机器人运动控制具有更加感性的认识,能够使学生更快的掌握相关知识,具有良好的示教演示意义和创新性。

燃气动力弹跳机器人的设计与试验研究

以可燃混合气体为动力源,设计了一种燃气动力的弹跳机器人,包括弹跳驱动器和轮式运动机构。弹跳驱动器采用双活塞燃烧室结构及磁力锁紧机构,有效减小驱动器体积,有利于驱动器复位和废气排除。轮式运动机构包括车身和蜂窝车轮,车身作为驱动器载体,蜂窝车轮用于机器人落地缓冲。对车轮的径向、周向和切变模量进行等效计算,采用铁木辛柯梁理论对车轮进行静力分析,计算结果与试验数据吻合;利用LS-DYNA对车轮落地碰撞进行仿真,分析了落地冲击能量消耗。对机器人的弹跳运动进行规划,弹跳越障试验表明机器人可直接越过或跃上障碍物,验证了机器人的弹跳运动能力。该弹跳机器人的研究为提高地面移动机器人的未知复杂地形适应能力提供了一种可行的技术方案。

液动仿袋鼠弹跳机器人单腿动力学分析及仿真

提出了液压能驱动的仿袋鼠跳跃机器人驱动方案,并采用拉格朗日方法建立了袋鼠四自由度单腿跳跃的动力学方程。在此基础上,依据袋鼠跳跃的运动数据,按照所建立的动力学方程求得了一个运动周期内三个关节液压缸的驱动力的变化规律。建立了仿袋鼠机器人的模型并依据求得的仿袋鼠跳跃机构驱动力的变化规律,进行了运动学及动力学仿真。与袋鼠跳跃运动录像资料所得数据进行了对比分析,证实了所提出的驱动方案的可行性以及所建模型的正确性。

单足弹跳机器人弹跳机构设计与弹跳动力学分析

为了阐明弹跳机器人弹跳运动,包括弹跳的必要条件、弹跳高度等,基于仿生学原理、通过模仿青蛙的跳跃,本文设计并制作了一种结构简单、新颖的弹跳机构.通过将其简化成双质量弹簧模型,得出其能实现跳跃时弹簧所需储存的最小能量.在此基础上进一步推导出双质量弹簧系统在空中阶段质心和底座重心运动的规律.仿真结果表明,弹跳腿所能储存的能量超过其跳起的必要条件,从而进一步说明该设计是可行的.

基于IMU及UWB的微型弹跳机器人传感器节点位姿检测研究

节点部署是移动无线传感器网络的重要研究方向之一,其中采用具有超强越障能力的微型弹跳机器人(MJR)作为移动传感节点,是针对崎岖环境的理想选择。然而MJR的尺寸小、负载能力弱,难以搭载高精度传感器实现精确位姿检测。本文提出了基于IMU与UWB(超宽带技术)的弹跳机器人位姿检测方案,以及基于该方案的MJR自复位和自主航向调节方法,开展了MJR基本功能和部署运动实验研究。结果表明,基于IMU姿态检测的自复位和自主航向调节功能具备良好的稳定性与精确性,基于UWB的平均定位误差约为9cm,可满足自部署定位需求。本文结果为后续MJR传感器节点实现自部署功能奠定了基础。

欠驱动弹跳机器人最优运动姿态的驱动器配置

研究了具有一个被动关节的三关节单腿欠驱动弹跳机器人的轨迹规划问题。首先建立欠驱动机器人在着地阶段的动力学模型;然后采用数值迭代的方法,以主动关节驱动力矩最小为优化目标,得出了机器人各关节转角的运动规律;最后通过仿真得到三种驱动器配置情况下机器人的关节转角运动规律、姿态图以及驱动力矩,并对其进行了分析比较。结果表明:所提出的运动规划方法是可行的,采用髋关节和踝关节驱动是三种驱动器配置中最合理的情况。

考虑驱动器特性的柔性弹跳机器人的轨迹跟踪控制

针对弹跳机器人存在的欠驱动问题以及轨迹跟踪控制问题,提出了电机和液压混合驱动的欠驱动仿生柔性弹跳机器人系统。首先建立欠驱动柔性弹跳机器人的运动学模型,通过5次多项式规划、主动关节和被动关节的动力学耦合关系得出各关节转角的变化规律,然后比较了考虑驱动器特性和不考虑驱动器特性时质心的运动规律。其次,建立考虑驱动器特性的机器人完整动力学模型,采用部分反馈线性化和极点配置相结合的方法对其进行运动控制。最后,仿真证明柔性关节能提高机器人弹跳性能,提出的控制方法是可行的。

弹跳机器人机构设计及动力学分析

为提高对较高的障碍物或沟渠的适应能力,对弹跳机器人进行机构设计并对其进行动力学理论分析。机器人的弹跳机构以对称形式为基础,选用气缸作为其动力源;以第二类拉格朗日方程和虚位移原理为理论基础,对机构进行动力学分析,并对弹跳机构进行虚拟样机仿真,得出其水平和垂直方向上的位移、速度、加速度的变化曲线图。仿真结果表明:该机器人能够通过较高障碍物,而双作用单活塞气缸的使用则为实现连续跳跃提供了可能性。

跳跑式微型弹跳机器人的设计与实现

微型弹跳机器人在不规则环境中作业如地震救灾中有着特殊重要作用。设计了一种新颖的跳跑式微型弹跳机器人,提出了一种实用有效的储能-驱动机构。储能-驱动机构以舵机为驱动器,带动不完全齿轮,齿轮拉动钢丝绳作用于弹簧钢片来实现机器人的储能-弹跳。机器人通过电机驱动小车轮实现快速跑动。详细介绍了整个机器人的机械结构设计以及弹跳运动和跑动运动的实现。经测试,该机器人的弹跳运动灵活,与轮式快速跑动结合,提高了适应环境的能力和运动效率。该机器人结构简单、易于控制、稳定可靠,具有良好的应用前景。

简单单腿弹跳机器人的尺度效应仿真

微小型弹跳机器人和其他大型机器人相比,有着自己独特的性能,有很大的科研意义和应用价值。提出一种新颖的设计思路,着手对现有弹跳机器人(包括大型机器人)的抽象、分析和仿真,研究机器人的尺度效应对弹跳高度的影响,得到机器人尺寸变化和弹跳初速、弹跳高度、落地时间、落地速度等弹跳性能之间的关系,并讨论弹跳机器人模型是否可以微小化问题,以便对复杂弹跳机器人的微型化和效率的提高提供思路和改进方案。