仿生移动弹跳机器人机构设计与控制系统研究

admin · 发表于昨天 08:45

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移动弹跳机器人凭借其运动方式的特殊性，将极大地提高传统移动机器人的越障能力和地形适应性，扩展了机器人特别是微小型机器人的应用范围，使其在星际探测、战场侦察、反恐监控和危险环境搜救等领域具有广阔的应用前景。结合国防科工委“十一五”计划基础研究项目“模块化机器人技术研究”，依据蟑螂移动方式和蝗虫弹跳后腿的仿生学研究成果，开展兼具移动、跳跃和翻转复合运动能力的仿生移动弹跳机器人的机构设计与控制系统研究。具体的研究内容如下：（1）在分析蟑螂移动和蝗虫跳跃的运动机理基础上，基于简化原则建立了仿生移动弹跳机器人的轮式腿移动机构和四杆弹跳机构模型，实现了机器人移动和跳跃运动的功能仿生。（2）分析了具有轮式腿机构的移动平台的越障过程、极限越障高度和重心对越障倾覆的影响，证明了该机构具有很强的越障能力；对简化得到的仿生四杆弹跳机构进行了力学特性分析和优化，进行了弹跳机构构型布局设计、起跳阶段的力学特性分析、关键结构参数优化和极限弹跳高度分析，验证了四杆弹跳机构具有较强的弹跳能力和较高的能量转化率。（3）设计了仿生移动弹跳机器人的机械系统。详细分析了包括轮式腿移动机构、四杆弹跳机构、翻转机构等关键机构的工作原理，给出了机构的设计方案，并对关键参数进行了选择和确定。最终通过实体仿真验证了方案的可行性。（4）基于小型化和轻量化原则，研制了仿生移动弹跳机器人的控制系统。以AVR单片机为核心设计了运动控制模块和传感器信息采集模块的硬件电路，并在其基础上设计了上位机和控制底层的软件系统。（5）建立了仿生移动弹跳机器人的实验系统。在草丛、沙地等环境下进行直线移动、转向、移动越障、弹跳越障以及姿态翻转恢复等运动实验。实验结果表明机器人具有较强的地形适应性和较好的运动性能，可以移动翻越高度为1.2倍轮式腿半径的垂直障碍，跳跃高度可达自身高度的3倍以上，实现了姿态翻转恢复的功能。验证了仿生移动弹跳机器人相关理论分析的正确性、原理的可行性及机构设计的合理性。

仿生移动弹跳机器人机构设计与控制系统研究

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