蚱蜢跳躍機(jī)理的仿生研究.pdf

1、以跳躍運(yùn)動(dòng)為主要行動(dòng)方式的仿生跳躍機(jī)器人，與輪動(dòng)、移動(dòng)機(jī)器人相比較顯然表現(xiàn)出更強(qiáng)的越障能力，它運(yùn)動(dòng)范圍大、易于躲避危險(xiǎn)、節(jié)省運(yùn)動(dòng)能量和拓展運(yùn)動(dòng)空間的突出優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越吸引著研究者為使人類生活更方便而不斷探索地球秘密的眼球。選擇比較有代表性的跳躍生物——蚱蜢作為仿生研究的對(duì)象，以生物學(xué)蚱蜢的腿部構(gòu)造為基礎(chǔ)，建立一種可實(shí)現(xiàn)突然性和爆發(fā)性的仿蚱蜢腿部跳躍機(jī)器人桿件模型，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和仿真模型的分析闡述仿蚱蜢腿部跳躍機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特征和跳躍運(yùn)

2、動(dòng)機(jī)理，為仿蚱蜢腿部跳躍機(jī)器人試驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　根據(jù)生物學(xué)蚱蜢身體構(gòu)造的分析，通過(guò)對(duì)蚱蜢軀體和后腿長(zhǎng)度尺寸的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，確定其軀體與腿節(jié)、腿節(jié)與脛節(jié)的長(zhǎng)度尺寸比例關(guān)系，建立一種與蚱蜢跳躍運(yùn)動(dòng)規(guī)律相吻合的仿蚱蜢腿部跳躍機(jī)器人桿件模型。
　　利用所建立的剛性桿件模型，建立D-H坐標(biāo)系，對(duì)機(jī)器人模型進(jìn)行起跳階段和騰空階段的正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到軀體質(zhì)心和各關(guān)節(jié)的位姿變化規(guī)律；通過(guò)對(duì)騰空階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，說(shuō)明了加入單作用活

3、塞式氣壓缸的優(yōu)勢(shì)，使得跳躍的高度在原本純桿件的基礎(chǔ)上又加上氣壓缸的行程，運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的結(jié)果表明模型建立的正確性和添加儲(chǔ)能裝置的可行性。
　　采用拉格朗日函數(shù)法對(duì)本文所建模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析結(jié)果，得到其后腿各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的變化方程；通過(guò)對(duì)起跳階段的能量分析，計(jì)算出機(jī)器人模型起跳時(shí)所具備的總能量，直到騰空至最高點(diǎn)時(shí)根據(jù)蚱蜢的姿態(tài)分析，揭示從起跳到騰空至最高點(diǎn)時(shí)的能量損耗。
　　最后，對(duì)仿蚱蜢腿部跳躍機(jī)器人進(jìn)行ADA