基于起跳稳定性的仿蝗虫八杆跳跃机器人设计

通过模仿蝗虫起跳过程中的后足胫节末端的直线运动轨迹和起跳稳定性，提出了一种仿蝗虫八杆跳跃机器人设计方法。建立运动学模型并利用天牛须搜索算法对机构的尺寸参数进行优化设计，优化后的八杆跳跃机构的等效胫节末端轨迹和蝗虫后足胫节起跳过程的末端轨迹吻合，基本为一条斜直线。基于拉格朗日方程对八杆跳跃机构的起跳动力学进行建模，并分析了身体所在杆的质心位置对起跳过程的影响，发现通过增大等效跗节杆的质量能提高起跳动力学稳定性。根据运动学和动力学分析的结果，设计了仿蝗虫八杆跳跃机器人，并利用高速摄像机搭建实验平台记录其起跳过程，验证了等效跗节杆的质量对起跳动力学稳定性具备有效的调节效果。     

可变起跳角度的球形跳跃机器人跳跃分析及其优化

针对跳跃机器人越障时自主控制与调整的局限性,设计了一款可变起跳角的球形跳跃机器人,该机器人采用C₆₀结构镂空外壳和平台调姿机构可实现变角度跳跃目标。通过分析机器人起跳、滞空、落地的运动过程,采用拉格朗日方程对机器人跳跃过程动力学进行建模。建立了起跳角对速度的影响方程,并针对单足跳跃过程,揭示起跳过程中打滑现象的产生与摩擦角之间的关系。基于机器人动力学方程,研究跳跃机器人面对越障时,与障碍物距离和起跳角度对跨越和爬升的影响。最后,利用ANSYS对其动力学进行仿真分析,有效保障了机器人跳跃任务的顺利完成,为球形跳跃机器人规划问题奠定了理论基础。     

仿蝗虫跳跃机器人起跳阶段刚柔耦合分析与研究

仿生机器人所展现出的特有功能与广泛应用前景,越来越成为工程界的研究热点。依据蝗虫身体结构特点,采用齿轮、凸轮传动,弹簧储能等机构部件,构建仿蝗虫跳跃机器人模型。在膝、踝关节加装扭簧变为柔性关节,运用RECURDYN软件进行多体动力学仿真,运用ANSYS对跳跃结构进行受力分析和模态分析。仿真结果分析表明:柔性关节的引入,增加结构稳定性,可提高膝关节驱动力,跳跃腾空高度达到自身尺寸的7倍左右。此外,通过模态分析,可确定胫节与跗节在低阶模态振型下的固有频率。此研究对仿蝗虫跳跃机器人机构的柔性化因素对跳跃效果的影响有理论借鉴作用,为下一步优化系统结构,提高可靠性奠定基础。     

跳跃机器人起跳姿态优化方法研究

提出了一种跳跃机器人起跳运动优化方法,分析了跳跃机器人惯性匹配与跳跃性能的关系。基于空间浮动基建立了跳跃机器人变约束动力学模型;运用惯性匹配椭圆和方向可操作度理论,优化起跳姿态。仿真和实验表明,惯性匹配椭圆是一种较好的跳跃机器人起跳姿态优化方法。     

球形机器人的跳跃运动分析

球形机器人除了能进行滚动运动外,还可以实现跳跃运动。跳跃运动方式与滚动运动方式的结合,可以扩大其活动范围,进而提高球形机器人的机动性和灵活性,拓展其应用领域。因而球形机器人的跳跃运动是一种重要的运动方式。在分析球形机器人滚动行走的基础上。推导出了球形机器人的起跳每件;利用拉格朗日方程得到了球形机器人跳跃运动微分方程;通过求解该跳跃运动微分方程得到了球形机器人跳跃高度和跳跃长度的公式。最后,对球形机器人的跳跃运动进行了仿真。这些工作的完成为球形机器人跳跃运动的进一步研究打下了基础。     

跳跃机器人起跳姿态优化方法研究

提出了一种跳跃机器人起跳运动优化方法,分析了跳跃机器人惯性匹配与跳跃性能的关系。基于空间浮动基建立了跳跃机器人变约束动力学模型;运用惯性匹配椭圆和方向可操作度理论,优化起跳姿态。仿真和实验表明,惯性匹配椭圆是一种较好的跳跃机器人起跳姿态优化方法。     

仿蝗虫跳跃机器人起跳过程运动学建模及分析

根据蝗虫的身体构造及跳跃运动的特点,提出了仿蝗虫间歇跳跃机器人的机构模型。在建模时,将该模型抽象为平面刚性连杆机构,采用机器人运动学分析的D-H法,建立了各构件之间的运动学关系。基于跳跃运动的力学原理,采用关节轨迹规划的方法,分析了起跳过程中各杆件的位姿变化,并仿真了其起跳过程,证明了分析方法的可行性。研究了关键因素对跳跃性能的影响,为进一步分析及机器人的详细设计奠定了理论基础。     

仿袋鼠机器人分布式柔性脚的设计与研究

根据袋鼠的生物结构特征,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用柔性机构易于实现连续光滑变形及质量轻,易于控制等特性,将其应用于仿生跳跃机器人领域,来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形。文中根据跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓曲线,以连续体结构拓扑优化为出发点,建立多目标优化函数,采用移动渐近线法,实现脚部的拓扑结构优化。结合实例仿真结果表明:具有柔性变形能力的柔性脚有助于提高机器人在着地过程中的落地稳定性,增大起跳时间和调整起跳角度,并有效地起到缓冲和储能作用。     

蝗虫跳跃原理的仿真验证及其优化分析

对蝗虫的结构特点特别是蝗虫后腿的结构进行了仔细的探究,思考蝗虫跳跃的原理。从蝗虫跳跃的原理出发,利用ADAMS软件建立三维简化模型,对蝗虫的跳跃进行了仿真分析,并对简化模型进行结构尺寸优化,使蝗虫跳跃的高度和距离达到最优。对优化后的模型进行发散性思考,可为跳跃机器人的研究提供参考。     

人体跳跃机理运动学动力学分析

在分析人体下肢生理结构与跳跃运动特征的基础上,将人体下肢的跳跃模型简化为一个平面多刚体运动系统;对简化模型运用正运动学分析方法,建立了在跳跃过程中的下蹲相和起跳相时下肢各构件关节点、质心与总质心的位置、速度和加速度模型;在运动学分析的基础上通过采用Lagrange方法进行动力学分析,得到了跳跃过程中力与位置关系的动力学方程。为各种仿人跳跃机构设计提供理论基础。最后,用Workbench对在不同相时的脚部构件进行了静力学分析,得到不同相时脚掌的变形和应力分布。     

受生物启发的扑翼飞行器弹跳机构概念设计

针对扑翼飞行器自主起降能力缺失、严重影响其适用场景的问题，开展了仿生弹跳机构设计研究。对鸟类跳跃起飞过程中典型的运动状态进行分析，结合其各阶段的后肢骨骼结构、重心、力、速度等运动变化规律，对扑翼飞行器弹跳起飞动态过程进行了设计。基于鸟腿的骨骼解剖学结构，设计了闭链齿轮-五杆仿鸟腿弹跳机构，并基于D-H法推导出弹跳机构运动学方程，利用拉格朗日方程建立了弹跳机构起跳阶段的动力学方程。对弹跳机构进行了详细结构设计，采用ADAMS对简化的弹跳模型进行了仿真分析。仿真结果显示，借助该仿生弹跳机构，扑翼飞行器系统质心速度达到8.4 m/s，大于“信鸽”飞行器起飞所需的速度7.9 m/s，具备弹跳起飞的可能性。     

一种稳定跳跃型机器人的设计与空中姿态控制

针对现有跳跃机器人跳跃时空间姿态旋转问题,从结构与运动控制上入手,设计一种稳定跳跃型机器人。基于弹簧倒立摆跳跃模型在平行四杆机构的基础上设计了一种新型八连杆机构,并利用离合式行星轮结构设计了一种靠卷绳实现能量蓄积与释放装置。利用拐点圆及最小残差理论对末端轨迹进行了近似直线优化处理,并建立了跳跃结构的运动学、动力学模型,进行了跳跃仿真测试。设计了基于模糊PID控制理论的双闭环反馈控制系统,并搭建联合仿真模型从结构动力学及姿态控制系统上进行整体仿真测试。结果表明机器人具备结构上的稳定起跳基础,并通过空中姿态控制实现跳跃后稳定姿态的保持,整体实现了稳定跳跃。     

一种仿蛙单足弹跳机器人弹跳设计与动力学分析

当前，弹跳机器人有着广泛的应用前景，提高其弹跳性能是一个值得探讨的课题。设计并分析了一种仿青蛙跳跃的弹跳腿。将其简化为双质量弹簧模型，得出了其跳起的必要条件及在空中运动状态的动力学方程。仿真结果表明，该弹跳腿的设计是可行的。     

简单单腿弹跳机器人的尺度效应仿真

微小型弹跳机器人和其他大型机器人相比,有着自己独特的性能,有很大的科研意义和应用价值。提出一种新颖的设计思路,着手对现有弹跳机器人（包括大型机器人）的抽象、分析和仿真,研究机器人的尺度效应对弹跳高度的影响,得到机器人尺寸变化和弹跳初速、弹跳高度、落地时间、落地速度等弹跳性能之间的关系,并讨论弹跳机器人模型是否可以微小化问题,以便对复杂弹跳机器人的微型化和效率的提高提供思路和改进方案。     

仿青蛙跳跃机器人控制系统设计

基于PC上位机和DSP嵌入式控制器,结合机器人特有的机械本体结构和运动方式,研制了仿青蛙跳跃机器人的控制系统,以实时采集多种姿态传感器信息,控制直流电机和舵机工作。通过半自主式控制,实现了姿态调整和跳跃运动。     

一种具有跳跃能力的自平衡两轮机器人动力学建模与越障控制

针对传统机器人越障能力不足的问题,结合本实验室设计的一种具有跳跃能力的自平衡两轮机器人,建立了机器人的动力学模型.分析了两轮机器人最大可控角的影响因素,建立了弹跳准备阶段的模糊滑模控制器,实现对机器人摆角与移动速度的控制.对机器人在起跳阶段做了动力学分析,对机器人在腾空阶段的运动做了动力学分析,同时根据障碍物外形,对其越障运动做了轨迹规划.最后,通过仿真与实验研究,验证了所建立的跳跃越障控制方法的有效性.     

月球车用扭杆弹簧疲劳寿命功率谱预测法

研制的行星轮式月球车的安全行驶寿命主要取决于扭杆弹簧悬架中扭杆弹簧的扭转疲劳寿命。模拟月球表面的温度环境进行了扭杆弹簧的扭转疲劳试验，确定了扭杆弹簧的扭转疲劳次数。在此基础上，建立了扭杆弹簧悬架的动力学模型，通过此动力学模型及功率谱寿命预测法推导出了扭杆弹簧疲劳寿命与悬架参数之间的关系式，并估算了月球车的安全行驶里程。     

OpenSim对跳跃动作上下肢肌肉协调性的仿真分析

本文基于OpenSim建立了一个包括上下肢在内的人体整体骨骼肌肉仿真模型,通过Vicon红外摄像系统、Kistler三维测力平台以及遥测肌电对摆臂与背手两种原地纵跳动作进行同步测试,并结合逆运动学、逆动力学等仿真工具寻求上下肢肌肉协调工作提升原地纵跳动作效果的实证。结果表明：本文所建立的人体整体肌肉骨骼仿真模型具有高度可靠性,分析得出摆臂原地纵跳动作中三角肌前束对重心的提高贡献最大。研究结果可为将来上下肢助力外骨骼的设计与研究提供帮助。