小型兩輪彈跳機(jī)器人的研究.pdf

1、彈跳機(jī)器人可以躍過數(shù)倍甚至數(shù)十倍于自身尺寸的障礙物或溝渠，同時彈跳運(yùn)動的突然性與爆發(fā)性有助于機(jī)器人躲避危險，與原有運(yùn)動方式結(jié)合可以極大地提高機(jī)器人的活動范圍和生存能力，擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。本文首先提出并研制了一種具有輪式移動能力的小型彈跳機(jī)器人。機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)主要由左、右驅(qū)動輪組件和彈跳組件構(gòu)成。綜合國內(nèi)外彈跳機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有彈跳機(jī)器人實現(xiàn)方案的基礎(chǔ)上，對比六桿機(jī)構(gòu)設(shè)計一種新穎彈跳組件，采用五桿彈簧機(jī)構(gòu)儲存能量，采用單向軸承與棘

2、輪棘爪配合實現(xiàn)電機(jī)行程分配和單向驅(qū)動，采用雙缺齒齒輪實現(xiàn)能量任意點(diǎn)鎖定與釋放。驅(qū)動輪組件采用直流伺服電機(jī)加減速器方式驅(qū)動。該兩輪彈跳機(jī)器人具有輪式移動與彈跳運(yùn)動兩種相對解耦的運(yùn)動方式。本文首先在笛卡爾坐標(biāo)系下建立了機(jī)器人輪式移動的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型。然后，通過分析五桿彈簧儲能機(jī)構(gòu)的特性，提出機(jī)器人彈跳運(yùn)動的非線性彈簧—單質(zhì)量模型，推導(dǎo)模型在各階段的質(zhì)心運(yùn)動規(guī)律，得到機(jī)器人的起跳判據(jù)并進(jìn)一步分析機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性問題。最后對機(jī)器人的輪式和

3、彈跳兩種運(yùn)動模式進(jìn)行了仿真分析。研制了小型兩輪彈跳機(jī)器人的嵌入式控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由上位機(jī)、無線通訊單元、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、多傳感器信息采集模塊和圖像采集發(fā)送模塊組成。以ARM芯片LPC2294為核心設(shè)計了主控模塊和多傳感器信息采集模塊單元硬件電路；在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計了上位機(jī)和控制底層的軟件系統(tǒng)。該嵌入式控制系統(tǒng)能夠控制機(jī)器人完成輪式移動、彈跳、視頻采集以及機(jī)器人與上位機(jī)之間無線通訊等功能。最后，搭建了小型兩輪彈跳機(jī)器人的試驗系