基于燃爆驅動的仿蛙軟體跳躍機器人研究
發(fā)布時間：2021-01-22 20:35
跳躍機器人憑借優(yōu)秀的越障能力具有在復雜地形工作的潛力,有著廣闊的應用前景。跳躍運動是青蛙在陸地上典型運動形式之一,分析青蛙跳躍機理并研制仿蛙跳躍機器人具有重要意義。目前多數仿蛙跳躍機器人采用電機或氣動肌肉直驅跳躍或為跳躍運動儲能,這導致了機器人結構復雜且重量大,難以實現貼近青蛙外形尺寸且能夠靈活跳躍的設計。本文將能量密度高且爆發(fā)力大的燃爆驅動與高柔性且質量輕的軟體致動器結合,設計了小型化且可以實現定向跳躍的仿蛙機器人。本文首先對機器人進行了結構設計,包括應用于機器人前肢的氣動軟體轉動關節(jié)、燃爆驅動軟體致動器和應用于后肢的剛性四連桿結構。氣動軟體轉動關節(jié)模仿青蛙前肢,起到調節(jié)機器人起跳角度和落地緩沖的作用,利用Yeoh本構模型和虛功原理的思想建立了其旋轉角度與驅動氣壓關系的數學模型。燃爆驅動軟體致動器作為機器人的“肌肉”是其實現跳躍運動的能量供應單元,它通過在燃爆驅動時的膨脹推動后肢四連桿機構伸展,將燃爆驅動力傳遞到地面。使用MATLAB對四連桿機構的尺寸參數進行了優(yōu)化,使后肢末端即機器人足部的運動軌跡近似直線。利用3D打印技術和澆注成型方式研制了軟體致動器。為了實現燃爆驅動的穩(wěn)定可控,...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
天體探索跳躍機器人2007年，日本東京大學的RyumaNi
，故一次完整的跳躍過程可分為四個階段：起跳、騰空、落地和調整。1.2.1國外研究現狀早在2000年，NASA就與加州理工大學合作研發(fā)了類似青蛙跳躍方式的用于天體探索的跳躍機器人，通過單一驅動器可以實現垂直跳躍，轉向并規(guī)劃機載攝像頭行為，如圖1-1。彈跳執(zhí)行部分為彈簧連桿機構，采用六桿齒輪機構拉伸彈簧進行儲能，通過瞬間釋放實現存儲在彈簧中的彈性勢能實現跳躍動作，效率可達到70%。在火星環(huán)境下單次跳躍距離可達7.3米，高度可達2.7米，且在落地后可以自動調整姿態(tài)，以實現連續(xù)跳躍[15]。圖1-1天體探索跳躍機器人圖1-2仿蛙跳躍機器人Mowgli2007年，日本東京大學的RyumaNiiyama等人采用氣動肌肉的驅動方式，根據青蛙骨骼特征研制了一款仿蛙雙足多關節(jié)跳躍機器人Mowgli，如圖1-2所示。每條后肢具有3個自由度，其中髖關節(jié)、膝關節(jié)和踝關節(jié)，均各有1個自由度。氣
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-動肌肉收縮帶動后肢伸展，驅動機器人跳躍，腿部收縮依靠彈簧實現。為了減少仿蛙機器人重量，其骨架多為碳纖維增強材料和尼龍等聚合物材料，機器人重3kg，垂直跳躍可達0.26m[16]。2002年，賓夕法尼亞大學WilliamJ.Kargo等人通過對青蛙解剖，深入分析研究了青蛙骨骼結構，該研究對指導仿蛙機器人的設計有重要意義。該團隊分析了青蛙起跳時后肢各關節(jié)位移與時間的關系曲線和相應關節(jié)的力矩與時間關系曲線。將青蛙各骨骼置于水平面內，并對各段骨骼建立局部坐標系，并探究了各關節(jié)運動范圍，并建立了簡化的青蛙骨骼模型，如圖1-3所示[17]。圖1-3青蛙骨骼結構模型1.2.2國內研究現狀2008年，北方工業(yè)大學的李濤分析了青蛙的跳躍運動機制，設計了仿青蛙跳躍機器人系統(tǒng)，如圖1-4，采用彈簧-撥桿的結構，使用電動機拉伸彈簧進行儲能，并進行了機構運動學分析和運動仿真[18]。圖1-4北方工業(yè)大學仿青蛙跳躍機器人實物圖哈爾濱工業(yè)大學的王猛等人與2009年研發(fā)了一款仿青蛙跳躍機器人，如圖1-5所示。為分析青蛙跳躍特點，搭建了青蛙運動軌跡提取平臺，利用高速相機記錄青蛙的跳躍運動，并據此進行青蛙運動軌跡的提齲根據實驗結果，設計了仿青蛙機器人的后肢，將其簡化為一個自由度，使用彈簧代替肌肉作為儲能元件，并使用電動機拉動繩索來使彈簧拉伸儲能。對機器人進行了運動學和動力學分析，并使用遺
【參考文獻】：
期刊論文
[1]軟體彎曲驅動器設計與建模[J]. 王華,康榮杰,王興堅,戴建生. 北京航空航天大學學報. 2017(05)
[2]燃爆直線型彈跳驅動器分析與試驗[J]. 欒云廣,王化明,趙東標,王振,張克通. 機器人. 2015(04)
[3]仿生機器人研究現狀與發(fā)展趨勢[J]. 王國彪,陳殿生,陳科位,張自強. 機械工程學報. 2015(13)
[4]跳躍機器人研究現狀和趨勢[J]. 魏敦文,葛文杰. 機器人. 2014(04)
[5]過氧碳酸鈉的應用[J]. 魏一帆,蘆鴻武,張敏敏,連培祥,韓曉冰. 日用化學品科學. 2013(08)
[6]過碳酸鈉的應用及生產技術進展[J]. 崔小明,李明. 化工科技市場. 2010(07)
[7]基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的超彈性橡膠材料有限元分析[J]. 黃建龍,解廣娟,劉正偉. 橡膠工業(yè). 2008(08)
[8]仿生學的現狀和未來[J]. 孫久榮,戴振東. 生物物理學報. 2007(02)
[9]過碳酸鈉熱分解動力學理論分析與實驗驗證[J]. 王鴻顯,趙紅坤. 南通大學學報(自然科學版). 2006(01)
博士論文
[1]仿青蛙跳躍機器人的研制[D]. 王猛.哈爾濱工業(yè)大學 2009
碩士論文
[1]基于燃爆驅動的仿蛙軟體跳躍機器人關鍵技術研究[D]. 閆旭.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]α-AlH3的合成及放氫性能的研究[D]. 李玉玲.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[3]仿青蛙游動機器人軟體致動器設計及其應用研究[D]. 于慶國.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[4]基于青蛙骨骼結構模型的跳躍機器人研究[D]. 范志海.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[5]仿青蛙跳躍機器人穩(wěn)定跳躍的研究[D]. 朱翔宇.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[6]一種仿青蛙跳躍機器人機構設計與運動學分析[D]. 李濤.北方工業(yè)大學 2009
本文編號：2993871
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
天體探索跳躍機器人2007年，日本東京大學的RyumaNi
，故一次完整的跳躍過程可分為四個階段：起跳、騰空、落地和調整。1.2.1國外研究現狀早在2000年，NASA就與加州理工大學合作研發(fā)了類似青蛙跳躍方式的用于天體探索的跳躍機器人，通過單一驅動器可以實現垂直跳躍，轉向并規(guī)劃機載攝像頭行為，如圖1-1。彈跳執(zhí)行部分為彈簧連桿機構，采用六桿齒輪機構拉伸彈簧進行儲能，通過瞬間釋放實現存儲在彈簧中的彈性勢能實現跳躍動作，效率可達到70%。在火星環(huán)境下單次跳躍距離可達7.3米，高度可達2.7米，且在落地后可以自動調整姿態(tài)，以實現連續(xù)跳躍[15]。圖1-1天體探索跳躍機器人圖1-2仿蛙跳躍機器人Mowgli2007年，日本東京大學的RyumaNiiyama等人采用氣動肌肉的驅動方式，根據青蛙骨骼特征研制了一款仿蛙雙足多關節(jié)跳躍機器人Mowgli，如圖1-2所示。每條后肢具有3個自由度，其中髖關節(jié)、膝關節(jié)和踝關節(jié)，均各有1個自由度。氣
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-動肌肉收縮帶動后肢伸展，驅動機器人跳躍，腿部收縮依靠彈簧實現。為了減少仿蛙機器人重量，其骨架多為碳纖維增強材料和尼龍等聚合物材料，機器人重3kg，垂直跳躍可達0.26m[16]。2002年，賓夕法尼亞大學WilliamJ.Kargo等人通過對青蛙解剖，深入分析研究了青蛙骨骼結構，該研究對指導仿蛙機器人的設計有重要意義。該團隊分析了青蛙起跳時后肢各關節(jié)位移與時間的關系曲線和相應關節(jié)的力矩與時間關系曲線。將青蛙各骨骼置于水平面內，并對各段骨骼建立局部坐標系，并探究了各關節(jié)運動范圍，并建立了簡化的青蛙骨骼模型，如圖1-3所示[17]。圖1-3青蛙骨骼結構模型1.2.2國內研究現狀2008年，北方工業(yè)大學的李濤分析了青蛙的跳躍運動機制，設計了仿青蛙跳躍機器人系統(tǒng)，如圖1-4，采用彈簧-撥桿的結構，使用電動機拉伸彈簧進行儲能，并進行了機構運動學分析和運動仿真[18]。圖1-4北方工業(yè)大學仿青蛙跳躍機器人實物圖哈爾濱工業(yè)大學的王猛等人與2009年研發(fā)了一款仿青蛙跳躍機器人，如圖1-5所示。為分析青蛙跳躍特點，搭建了青蛙運動軌跡提取平臺，利用高速相機記錄青蛙的跳躍運動，并據此進行青蛙運動軌跡的提齲根據實驗結果，設計了仿青蛙機器人的后肢，將其簡化為一個自由度，使用彈簧代替肌肉作為儲能元件，并使用電動機拉動繩索來使彈簧拉伸儲能。對機器人進行了運動學和動力學分析，并使用遺
【參考文獻】：
期刊論文
[1]軟體彎曲驅動器設計與建模[J]. 王華,康榮杰,王興堅,戴建生. 北京航空航天大學學報. 2017(05)
[2]燃爆直線型彈跳驅動器分析與試驗[J]. 欒云廣,王化明,趙東標,王振,張克通. 機器人. 2015(04)
[3]仿生機器人研究現狀與發(fā)展趨勢[J]. 王國彪,陳殿生,陳科位,張自強. 機械工程學報. 2015(13)
[4]跳躍機器人研究現狀和趨勢[J]. 魏敦文,葛文杰. 機器人. 2014(04)
[5]過氧碳酸鈉的應用[J]. 魏一帆,蘆鴻武,張敏敏,連培祥,韓曉冰. 日用化學品科學. 2013(08)
[6]過碳酸鈉的應用及生產技術進展[J]. 崔小明,李明. 化工科技市場. 2010(07)
[7]基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的超彈性橡膠材料有限元分析[J]. 黃建龍,解廣娟,劉正偉. 橡膠工業(yè). 2008(08)
[8]仿生學的現狀和未來[J]. 孫久榮,戴振東. 生物物理學報. 2007(02)
[9]過碳酸鈉熱分解動力學理論分析與實驗驗證[J]. 王鴻顯,趙紅坤. 南通大學學報(自然科學版). 2006(01)
博士論文
[1]仿青蛙跳躍機器人的研制[D]. 王猛.哈爾濱工業(yè)大學 2009
碩士論文
[1]基于燃爆驅動的仿蛙軟體跳躍機器人關鍵技術研究[D]. 閆旭.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]α-AlH3的合成及放氫性能的研究[D]. 李玉玲.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[3]仿青蛙游動機器人軟體致動器設計及其應用研究[D]. 于慶國.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[4]基于青蛙骨骼結構模型的跳躍機器人研究[D]. 范志海.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[5]仿青蛙跳躍機器人穩(wěn)定跳躍的研究[D]. 朱翔宇.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[6]一種仿青蛙跳躍機器人機構設計與運動學分析[D]. 李濤.北方工業(yè)大學 2009
本文編號：2993871
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2993871.html
