仿生彈跳機器人設計研究.pdf

1、一般的偵探搜索和救援地域中，大部分地域是人類無法直接進入該地域開展偵探和搜索工作，而仿生彈跳機器人作為輔助探索工具，它可以代替人類進入該地域開展偵探和搜索工作。本文研究以昆蟲跳甲和蝗蟲作為仿生研究對象，以設計仿生彈跳機器人為研究目的，進行以下內(nèi)容的研究：
　　第一部分，觀測記錄仿生對象跳甲及蝗蟲的身體特征及彈跳動作。設計一種昆蟲彈跳形態(tài)觀測及空間位移測量裝置，對仿生對象跳甲及蝗蟲的身體特征及彈跳動作觀察分析。
　　第二部分，

2、分析仿生對象跳甲及蝗蟲的彈跳機理。結(jié)合當?shù)氐乩須夂颍杉舾蓴?shù)量的仿生對象，利用現(xiàn)有觀測設備對跳甲及蝗蟲的身體結(jié)構組成、各結(jié)構連接關系及相應的彈跳機構等進行觀測記錄，并分析彈跳過程中各結(jié)構的作用及如何銜接并執(zhí)行對應動作來完成整個彈跳過程。
　　第三部分，建立仿生對象彈跳過程的數(shù)學模型并計算。對仿生對象的彈跳腿進行簡化，利用彈跳腿部各關節(jié)速度變化率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)動能原理建立數(shù)學模型，計算出仿生對象起跳離地瞬間初速度、彈跳高度及水平距離。結(jié)

3、合實驗數(shù)據(jù)，利用該數(shù)學模型計算所得，蝗蟲及跳甲的彈跳垂直高度分別為1.2013m和0.4310m,水平距離為0.9275m和0.5714m。而蝗蟲及跳甲的實際彈跳高度為1.323m和0.622m,水平距離為1.182m和0.713m。該實際彈跳數(shù)據(jù)與計算結(jié)果相近，說明數(shù)學模型的可靠性。
　　第四部分，設計仿蝗蟲彈跳機器人和仿跳甲彈跳機器人兩種方案并建立3D模型及平面圖。比較兩種方案的彈跳機構特點，因仿跳甲方案利用半凸輪機構，具有彈

4、性勢能高效轉(zhuǎn)換為動能的特點被確定為更優(yōu)方案。對該方案彈跳機構中齒輪組、偏心輪、彈跳腿部機構分析與計算，建立起跳過程數(shù)學模型并計算。結(jié)合設計數(shù)據(jù)計算所得，仿跳甲彈跳機器人的垂直高度為0.3486m，水平距離為0.3529m。該彈跳機器人體積約為6.40×10-5m3,可應用于地形和洞穴等探測。
　　第五部分，運用生命周期評價方法及GaBi軟件對仿生彈跳機器人進行生命周期評價。選取全球溫室效應潛值、酸化潛值、富營養(yǎng)化潛值、光化學氧化物