一种蛙式跳跃者分析

本文以青蛙为参考对象进行跳跃机器人的运动机理分析与研究。构成平行四边形结构,采用间歇式齿轮传动装置带动弹簧的拉伸,从而用弹簧的弹力来实现青蛙的跳跃;在青蛙的前肢加入了减震机构,使其在跳跃之后能够平稳落地。机械设计简单,运用齿轮和连杆结构,操作简单,能够实现一定范围内的弹跳要求。设计的蛙式跳跃者能够在特殊环境下实施救援、勘测等任务,具有很强的环境适应性和市场推广价值。

仿青蛙跳跃机器人运动学研究

提出了仿青蛙跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对青蛙运动的研究,提出了仿青蛙机器人单侧跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人起跳与腾空两个阶段,其前肢和后肢的运动学方程,进行了正、逆运动学研究。分析机器人四肢的运动空间,并通过实例计算,验证了研究结果和生物学实测结果相一致,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。得出的结论将为仿青蛙跳跃机器人的设计及控制提供理论基础。

仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制。结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性。

一种仿蛙跳跃机器人起跳加速性能的度量方法

针对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段脚掌与地面之间的被动约束,提出了一种考虑脚掌欠驱动的起跳加速性能度量方法。建立了机器人的起跳分析模型,提出了用虚拟加速度和虚拟力矩来表达质心加速度与主动关节驱动力矩的关系,确定了适于冗余欠驱动机器人的动态可操作矩阵,给出了仿蛙跳跃机器人在给定方向质心加速性能的动态方向可操作度量指标。算例表明,当在不同位形输入恒定力矩时,质心在给定方向的瞬时加速度与动态方向可操作度的变化趋势一致,表明了提出的度量方法对质心加速性能指标的评价是可行的。

仿青蛙跳跃机器人虚拟样机的机构设计

跳跃式机器人相比轮动式机器人的主要优点是能更灵活的运动以适应更多陡峭地形,我们以青蛙为原型设计了一种仿生跳跃型机器人,能够完成侦探、探索地形等任务。结合青蛙跳跃前后各个阶段的运动需要在前后肢体运动形态,足部结构设计和动力系统上都采取了创新设计,并在机械设计的基础上虚拟样机建模,以进行Adams仿真方法与运动学分析进行跳跃可行性验证,为后续机器人制造过程打下基础。