基于青蛙骨骼結(jié)構(gòu)模型的跳躍機(jī)器人研究.pdf

1、跳躍機(jī)器人研究是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)較前沿的課題，跳躍機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于星際探測(cè)、軍事反恐及資源勘探等領(lǐng)域。相較于行走機(jī)器人或輪式機(jī)器人，跳躍機(jī)器人具有能適應(yīng)不同地表，跨越障礙及溝壑的特點(diǎn)，所以研究跳躍機(jī)器人具有重要意義。由于青蛙跳躍運(yùn)動(dòng)具有爆發(fā)性強(qiáng)和跳躍距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，所以本文以生物青蛙為仿生研究對(duì)象，基于實(shí)驗(yàn)室前幾代仿青蛙跳躍機(jī)器人的研究成果，進(jìn)行仿青蛙跳躍機(jī)器人技術(shù)的研究。
　　首先分析生物青蛙的肌骨骼結(jié)構(gòu)特性及其跳躍運(yùn)動(dòng)機(jī)理，建

2、立能夠完整描述青蛙生物運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的關(guān)節(jié)骨骼結(jié)構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上根據(jù)影響青蛙跳躍運(yùn)動(dòng)的不同因素，將青蛙復(fù)雜的生物關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為4種不同的跳躍結(jié)構(gòu)模型。借助ADAMS仿真軟件，對(duì)4種模型的跳躍地面反作用力，質(zhì)心的速度和位移，關(guān)節(jié)作用轉(zhuǎn)矩等多種運(yùn)動(dòng)特性分別進(jìn)行分析和對(duì)比，確定綜合指標(biāo)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模型，為仿青蛙跳躍機(jī)器人原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，基于最優(yōu)結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行仿青蛙跳躍機(jī)器人的原理樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器人的前肢由肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)

3、節(jié)組成，采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要起到起跳姿態(tài)調(diào)整支撐和落地緩沖的作用；后肢主要包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、跗跖關(guān)節(jié)和腳掌，各個(gè)關(guān)節(jié)采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)單元，具有較高的功率密度。氣動(dòng)肌肉采用高速開(kāi)關(guān)閥進(jìn)行控制，有效地降低了機(jī)器人的重量。整個(gè)機(jī)器人的重量分布主要集中在后肢和軀干上，有利于提高能量的轉(zhuǎn)化效率。
　　第三、采用D-H法對(duì)機(jī)器人原理樣機(jī)的跳躍過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，分別建立機(jī)器人起跳階段和騰空階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，得到機(jī)器人前后肢正運(yùn)動(dòng)學(xué)