Mechanism Design and Hopping Performance Analysis of an Intermittent Hopping Robot

为研究复杂地形下弹跳机器人跳跃轨迹的可控性问题,设计一种基于齿轮—六杆变胞机构的间歇式弹跳机器人.通过改变齿轮—六杆变胞机构的拓扑结构,机器人具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小以及调整姿态角的功能,起跳过程中弹跳力具有仿生特性.根据机器人的结构特征设计翻转机构,使其倒地后自行翻转复位.在理论建模基础上,对机器人的跳跃运动进行仿真以研究储能改变和姿态角调整对跳跃轨迹的影响.研制间歇式弹跳机器人原理样机并进行跳跃运动试验,仿真和试验结果较吻合.结果表明,该间歇式弹跳机器人的机构设计具有可行性,跳远度和跳高度具有可控性:跳远度的控制可通过改变储能大小实现;储能相同时,跳高度的控制可通过调整姿态角实现.为需要轨迹规划的间歇式弹跳机器人的设计提供了一种方案.     

柔性轮式移动弹跳机器人设计与运动性能研究

为了提高机器人在复杂环境中的适应性能,解决弹跳机器人姿态调整和翻转复位的问题,设计一种柔性轮系机构与集弹跳、调姿和翻转复位一体的多链弹跳机构结合的柔性轮式移动弹跳机器人。运用柔性轮系机构实现机器人平坦路面快速稳定的移动,通过柔性轮的弹性变形消除弹跳运动的部分落地冲击力,并基于铁木辛柯梁理论对柔性轮进行受力变形分析。多链弹跳机构能实现机器人的弹跳运动、起跳角度调节和落地后翻转复位,具有单机构多功能的特点。设计了一种复合螺母机构,当复合螺母机构的螺母片闭合时,储能电机驱动丝杆转动实现机器人弹跳储能;当螺母片分离时,瞬间释放弹簧的弹性势能实现机器人的弹跳运动。运用ADAMS对机器人的姿态调整、弹跳运动和翻转复位进行仿真,研制柔性轮式弹跳机器人原理样机并进行弹跳运动实验,结果表明,该柔性轮式移动弹跳机器人的设计具有可行性。     

基于可变传动比齿轮-五杆机构的仿袋鼠跳跃机器人特性研究

基于闭链齿轮-五杆机构,利用齿轮传动比对弹跳机构轨迹的影响作用,在弹簧储能相同的前提下,设计一种可以控制与调节跳高度和跳远度的仿袋鼠弹跳机器人.根据袋鼠各个结构的尺寸比例,结合单变量参数优化方法优选各个杆件的参数.根据虚功原理计算机构的仿生弹跳力,并验证了其合理性.利用ADAMS进行计算与仿真分析,确定机构的可行性,并...     

高性能变传动比的异形齿轮跳跃机构研究

跳跃机器人需要根据其任务和运动来选择合适的齿轮传动比,从而实现电机功率的最大化,针对这一问题,提出了一种具有高速、大扭矩特性的异形齿轮跳跃机构。首先,提出了一种基于仿真的最佳齿轮传动比设计方法,使电机功率最大化;其次,根据得到的齿轮传动比,通过正向动力学进行了齿轮的节圆半径计算;然后,在考虑轮齿压力角约束的情况下完成了最终异形齿轮的齿形设计;最后,研究了跳跃高度随机器人参数和初始姿态扰动的变化,并以跳跃机构为原型,在考虑了机构物理参数扰动的情况下进行了实验测试,验证了所提设计方法的有效性。研究结果表明:该机构使用异形齿轮时的跳跃高度是0.135 m,使用圆形齿轮的跳跃高度是0.072 m;采用异形齿轮,通过运动改变齿轮传动比,可将跳跃高度提高64.6%,为提高跳跃机器人的工作性能提供较好的解决方案。     

间歇性单足弹跳机器人落地冲击及稳定性分析

弹跳式机器人落地时与地面的撞击会造成机载设备的损坏 ,而且由于足部受力不均导致机构易翻转 ,难以保持正常的姿态继续弹跳。本文首先建立间歇式弹跳机构的双质量弹簧模型 ,对其进行动力学分析 ,并将弹跳动作划分为四阶段 ,分析了除起跳外其他三个阶段中所受外界作用。经过计算分析 ,最终归纳总结出五条减小落地冲击力及保持稳定的改善措施 ,这些措施为实用弹跳机构的设计提供了有益参考     

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。     

基于铰链六杆机构的变形式履带机器人结构设计

在简单的单节双履带移动式机器人基础上,提出一种基于铰链六杆机构具有自适应变形能力的履带式移动机器人。自适应变形机构通过改变机器人前导轮的角度和高度来提高机器人的越障能力以及对地面的适应能力,尾部摆臂模块使用差动齿轮装置与机器人主履带相连接,可起到调整质心位置、辅助支撑、越障的作用。这种移动变形机构不仅提高了驱动电机的使用效率,也简化了机器人的控制系统,使机器人能够以最优的运动姿态穿过复杂路面。     

跳跃机器人能量转换的主动控制与试验测试

针对现有跳跃机器人能量转换效率低的问题,设计了一种新型跳跃机器人,以实现利用非圆齿轮的啮合主动控制能量的有效存储和释放。基于机器人机构学原理,设计了跳跃机器人的主体结构,分析了其运动原理,给出了其弹跳运动流程。根据预先给定的机器人能量转换曲线中的关键参数,以能量转换曲线研究非圆齿轮节曲线,以非圆齿轮共轭啮合特性研究跳跃机器人的能量转换特性,建立了非圆齿轮传动的数学模型,并通过具体实例详细说明了非圆齿轮的设计过程。使用3D打印技术制作了跳跃机器人原理样机,开展试验测试研究。研究结果表明,跳跃机器人可以实现稳定跳跃,且能量转换效率的测量值与预先给定的理论值较吻合。     

一种六足仿生机器人的研究

基于仿生学原理,应用连杆机构学中的Robert原理,设计出一连杆轨迹能较好地近似于机器人理想足部轨迹的六杆机构.并通过ADAMS动力学仿真软件,对用这一连杆机构作为腿部机构的六足机器人进行了前进和转弯步态仿真.仿真结果表明该机器人具有良好的移动性能.     

仿蝗虫机器人的弹跳腿结构设计与优化

首先对蝗虫的生理结构及其弹跳腿的组成进行了研究,提出了一种采用不完全齿轮、弹簧、连杆等部件建立的仿蝗虫弹跳机器人结构模型。给出了约束条件,以跳跃距离最大作为优化目标,运用信赖域优化算法对机器人的相关结构参数进行了优化,并确定了其弹跳腿的机构尺寸,优化后的腿部结构尺寸较优化前总体减小了13.33%,同时跳跃距离增大了10.42%。通过ADAMS在蓄能阶段运动的仿真分析,验证了机构设计的可行性,为实现高性能的仿蝗虫弹跳机器人奠定了基础。     

弹跳式机器人研究综述

机器人在实际应用时,很多时候要求其具备弹跳装置以便跃过障碍物或沟渠。而多轮驱动以及爬行或步行机器人无法满足这种要求,因此迫切需要研制具有弹跳能力的机器人。本文对弹跳机器人及目前的研究进行了综合的介绍和分析,并在此基础上介绍了作者在这方面所做的工作。本文同时也对未来弹跳机器人的发展趋势做了展望。     

电动弹跳轮式复合机器人结构设计

弹跳机器人可以跃过数倍于自身尺寸的障碍物,与轮式移动方式结合可以大大提高机器人的活动范围和对地形的适应能力。研制了一种电动弹跳和轮式移动复合运动机器人,介绍了机器人的工作原理和机械结构,提出了一种可靠的机器人压缩和释放能量的机构,并对复合机器人进行了试验验证。     

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。     

微小型弹跳机器人的方案选择与实验研究

回顾了迄今弹跳机器人的主要设计思路。鉴于这些设计方法在微型化方面的不足,提出了两个新颖、可行且在微型化方面很有前途的方案;制作出两个基于音圈电机原理的原型机,并进行了相关实验。     

气动仿青蛙跳跃机器人动力学分析

以青蛙为原型设计了一种仿青蛙跳跃机器人。该机器人以气动人工肌肉为驱动器,使得机器人具有更好地仿生性能。将机器人的运动分为3个阶段,进行了运动学分析,并运用拉格朗日法进行动力学分析,获得动力学方程。利用ADAMS-Matlab仿真验证了动力学方程的正确性,为进一步的研究工作奠定了基础。     

仿袋鼠机器人跳跃过程中的能量变化分析

基于单质量-弹簧模型,研究了能够使弹跳机器人单位距离能量损失最小的步态,给出了能量的消耗表达式。考虑腿部的摩擦力以及电机电阻能量消耗的影响,导出了能量损失最小的着地角计算公式,并结合实例进行了计算对比分析和公式验证,给出了利用一个系数修正且更符合实际情况的最优着地角计算公式,为弹跳机器人的设计提供了初步的理论基础。     

单足跳跃机器人动力学建模与仿真

针对跳跃机器人在整个运动过程中,系统所受约束不断发生变化,导致了系统动力学模型的复杂化问题,对单足跳跃机器人进行运动学分析,建立了机器人在着地阶段和腾空阶段的动力学模型,对动力学模型进行了数值仿真,验证了动力学方程的正确性,为机器人结构优化设计和运动控制提供了理论依据。     

基于ADAMS的垂直弹跳机器人动力学仿真

针对一种垂直弹跳机器人,利用Pro/E软件创建三维实体模型,然后利用Pro/E与ADAMS的数据接口软件Mechanism/Pro将模型及其特征参数导入ADAMS中,并在几何模型上施加适当的约束、接触力、驱动、传感器等,最后进行动力学仿真,主要分析了弹簧刚度对机器人的弹跳高度、弹跳速度和弹跳加速度等的影响.     

弹跳机器人翻转机构的设计与优化

为了提高弹跳机器人的地面适应性,解决弹跳机器人落地后的翻转问题,从蝗虫和龟类的翻转研究中得到启示,设计结构简便、易于控制、集支撑与翻转功能为一体的翻转机构。应用三角重心理论,分析机器人翻转的原理和翻转过程。在仿真的基础上,对翻转机构进行构型和尺寸优化,保证机器人结构紧凑,轻量化和较高的电动机利用率。搭建翻转机构平台,验证了翻转机构原理的可行性和优化设计的正确性,为弹跳机器人进一步的创新研究提供了理论基础和依据。