跳躍機(jī)器人憑借優(yōu)秀的越障能力具有在復(fù)雜地形工作的潛力,有著廣闊的應(yīng)用前景。跳躍運(yùn)動是青蛙在陸地上典型運(yùn)動形式之一,分析青蛙跳躍機(jī)理并研制仿蛙跳躍機(jī)器人具有重要意義。目前多數(shù)仿蛙跳躍機(jī)器人采用電機(jī)或氣動肌肉直驅(qū)跳躍或?yàn)樘S運(yùn)動儲能,這導(dǎo)致了機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜且重量大,難以實(shí)現(xiàn)貼近青蛙外形尺寸且能夠靈活跳躍的設(shè)計(jì)。本文將能量密度高且爆發(fā)力大的燃爆驅(qū)動與高柔性且質(zhì)量輕的軟體致動器結(jié)合,設(shè)計(jì)了小型化且可以實(shí)現(xiàn)定向跳躍的仿蛙機(jī)器人。本文首先對機(jī)器人進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括應(yīng)用于機(jī)器人前肢的氣動軟體轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、燃爆驅(qū)動軟體致動器和應(yīng)用于后肢的剛性四連桿結(jié)構(gòu)。氣動軟體轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)模仿青蛙前肢,起到調(diào)節(jié)機(jī)器人起跳角度和落地緩沖的作用,利用Yeoh本構(gòu)模型和虛功原理的思想建立了其旋轉(zhuǎn)角度與驅(qū)動氣壓關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。燃爆驅(qū)動軟體致動器作為機(jī)器人的“肌肉”是其實(shí)現(xiàn)跳躍運(yùn)動的能量供應(yīng)單元,它通過在燃爆驅(qū)動時(shí)的膨脹推動后肢四連桿機(jī)構(gòu)伸展,將燃爆驅(qū)動力傳遞到地面。使用MATLAB對四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,使后肢末端即機(jī)器人足部的運(yùn)動軌跡近似直線。利用3D打印技術(shù)和澆注成型方式研制了軟體致動器。為了實(shí)現(xiàn)燃爆驅(qū)動的穩(wěn)定可控,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

天體探索跳躍機(jī)器人2007年，日本東京大學(xué)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(diào)整。1.2.1國外研究現(xiàn)狀早在2000年，NASA就與加州理工大學(xué)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(jī)器人，通過單一驅(qū)動器可以實(shí)現(xiàn)垂直跳躍，轉(zhuǎn)向并規(guī)劃機(jī)載攝像頭行為，如圖1-1。彈跳執(zhí)行部分為彈簧連桿機(jī)構(gòu)，采用六桿齒輪機(jī)構(gòu)拉伸彈簧進(jìn)行儲能，通過瞬間釋放實(shí)現(xiàn)存儲在彈簧中的彈性勢能實(shí)現(xiàn)跳躍動作，效率可達(dá)到70%。在火星環(huán)境下單次跳躍距離可達(dá)7.3米，高度可達(dá)2.7米，且在落地后可以自動調(diào)整姿態(tài)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)跳躍[15]。圖1-1天體探索跳躍機(jī)器人圖1-2仿蛙跳躍機(jī)器人Mowgli2007年，日本東京大學(xué)的RyumaNiiyama等人采用氣動肌肉的驅(qū)動方式，根據(jù)青蛙骨骼特征研制了一款仿蛙雙足多關(guān)節(jié)跳躍機(jī)器人Mowgli，如圖1-2所示。每條后肢具有3個自由度，其中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，均各有1個自由度。氣

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-動肌肉收縮帶動后肢伸展，驅(qū)動機(jī)器人跳躍，腿部收縮依靠彈簧實(shí)現(xiàn)。為了減少仿蛙機(jī)器人重量，其骨架多為碳纖維增強(qiáng)材料和尼龍等聚合物材料，機(jī)器人重3kg，垂直跳躍可達(dá)0.26m[16]。2002年，賓夕法尼亞大學(xué)WilliamJ.Kargo等人通過對青蛙解剖，深入分析研究了青蛙骨骼結(jié)構(gòu)，該研究對指導(dǎo)仿蛙機(jī)器人的設(shè)計(jì)有重要意義。該團(tuán)隊(duì)分析了青蛙起跳時(shí)后肢各關(guān)節(jié)位移與時(shí)間的關(guān)系曲線和相應(yīng)關(guān)節(jié)的力矩與時(shí)間關(guān)系曲線。將青蛙各骨骼置于水平面內(nèi)，并對各段骨骼建立局部坐標(biāo)系，并探究了各關(guān)節(jié)運(yùn)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(jié)構(gòu)模型1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀2008年，北方工業(yè)大學(xué)的李濤分析了青蛙的跳躍運(yùn)動機(jī)制，設(shè)計(jì)了仿青蛙跳躍機(jī)器人系統(tǒng)，如圖1-4，采用彈簧-撥桿的結(jié)構(gòu)，使用電動機(jī)拉伸彈簧進(jìn)行儲能，并進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析和運(yùn)動仿真[18]。圖1-4北方工業(yè)大學(xué)仿青蛙跳躍機(jī)器人實(shí)物圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王猛等人與2009年研發(fā)了一款仿青蛙跳躍機(jī)器人，如圖1-5所示。為分析青蛙跳躍特點(diǎn)，搭建了青蛙運(yùn)動軌跡提取平臺，利用高速相機(jī)記錄青蛙的跳躍運(yùn)動，并據(jù)此進(jìn)行青蛙運(yùn)動軌跡的提齲根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了仿青蛙機(jī)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(jī)拉動繩索來使彈簧拉伸儲能。對機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，并使用遺

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]軟體彎曲驅(qū)動器設(shè)計(jì)與建模[J]. 王華,康榮杰,王興堅(jiān),戴建生.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)
[2]燃爆直線型彈跳驅(qū)動器分析與試驗(yàn)[J]. 欒云廣,王化明,趙東標(biāo),王振,張克通.  機(jī)器人. 2015(04)
[3]仿生機(jī)器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王國彪,陳殿生,陳科位,張自強(qiáng).  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(13)
[4]跳躍機(jī)器人研究現(xiàn)狀和趨勢[J]. 魏敦文,葛文杰.  機(jī)器人. 2014(04)
[5]過氧碳酸鈉的應(yīng)用[J]. 魏一帆,蘆鴻武,張敏敏,連培祥,韓曉冰.  日用化學(xué)品科學(xué). 2013(08)
[6]過碳酸鈉的應(yīng)用及生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)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(xué)的現(xiàn)狀和未來[J]. 孫久榮,戴振東.  生物物理學(xué)報(bào). 2007(02)
[9]過碳酸鈉熱分解動力學(xué)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 王鴻顯,趙紅坤.  南通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006(01)

博士論文
[1]仿青蛙跳躍機(jī)器人的研制[D]. 王猛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于燃爆驅(qū)動的仿蛙軟體跳躍機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 閆旭.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 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(xué) 2018
[3]仿青蛙游動機(jī)器人軟體致動器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究[D]. 于慶國.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[4]基于青蛙骨骼結(jié)構(gòu)模型的跳躍機(jī)器人研究[D]. 范志海.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[5]仿青蛙跳躍機(jī)器人穩(wěn)定跳躍的研究[D]. 朱翔宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[6]一種仿青蛙跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)分析[D]. 李濤.北方工業(yè)大學(xué) 2009



本文編號：2993871