仿袋鼠柔性跳跃机器人的驱动力特性研究

依据袋鼠生物体的运动结构和跳跃运动特点，利用扭转弹簧模拟其关节柔性和肌肉的储能作用，提出仿袋鼠柔性跳跃机器人的伪刚体机构模型。应用凯恩法建立仿袋鼠跳跃机器人的动力学方程。基于MATLAB6．5，结合实例对机器人的运动和驱动力特性进行了仿真分析。分析结果表明：利用柔性机构可降低仿生跳跃机器人跳跃运动所需关节驱动力和能量消耗，同时也揭示了袋鼠跳跃运动快而耗能低的规律。     

仿蟋蟀微型机器人起跳过程驱动力特性的研究

针对蟋蟀生物体的结构和跳跃运动特点,利用扭转弹簧模拟其腿部关节柔性和肌肉的储能作用,得到了具有关节柔性的仿蟋蟀跳跃机器人的机构模型。应用拉格朗日法建立机构在着地阶段起跳过程中的动力学方程并对驱动力特性进行了仿真分析。结果分析表明:FT关节的驱动力矩大约是BF关节和TT关节的近3倍,因此FT关节的驱动力矩是完成跳跃的决定因素之一;利用柔性机构可降低跳跃运动所需关节驱动力矩和能量的消耗。     

考虑拓扑柔性脚趾的仿袋鼠机器人着地特性分析

根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并对柔性脚趾结构进行拓扑优化。分别采用拉格朗日法和有限元方法对刚性构件系统和柔性脚趾系统建立子系统动力学模型。结合实例,利用MATLAB进行了计算和仿真,结果表明:采用拓扑柔性脚趾可以实现机器人预期运动的同时,有效缓解地面冲击与振动,降低机器人各关节的驱动力矩,实现脚趾落地能量积蓄和起跳释放的功能,提高机器人的起跳能力和运动平稳性。     

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。     

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。     

仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合建模运动步态分析

根据袋鼠柔性脚部的生物结构及跳跃的特点,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并分别对刚性构件系统和柔性构件系统建立子系统动力学模型。结合实例的数值仿真分析结果表明:柔性脚能有助于机器人在着地过程中保持落地运动平稳性,增大起跳时间和调整起跳角度,从而有利于增加起跳速度和跃远度,更符合生物的特征。     

形状记忆合金驱动的小型双足爬壁机器人

主要设计了一个以形状记忆合金作为驱动器的微型爬壁机器人并对其进行了介绍和讨论。小型双足爬壁机器人采用对称式的结构,两臂末端安装真空吸附盘进行吸附爬壁,并以形状记忆合金弹簧(SMA)替代传统的电机作为机器人的驱动元件,简化了驱动结构,同时也减轻了重量。利用DSP对形状记忆合金的通电加热控制,并根据机器人步态规划输出不同控制信号,从而实现对小型双足爬壁机器人的运动控制。通过样机的制作验证了SMA驱动小型爬壁机器人的可行性。     

多冗余度柔性机器人运动规划

研究多冗余度柔性机器人运动规划问题。利用冗余度机器人的冗余特性 ,通过运动规划 ,可以使柔性机器人的运动精度提高。采用充分利用冗余特性的初始位形和自运动同时规划法 ,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度的平面四柔性臂机器人进行规划。通过比较 ,显示了多冗余度在改善柔性机器人性能方面的优越性     

跳跃机器人的研究现状与发展趋势

由于受到动物和人类的跳跃运动的敏捷性的启发,在过去的几十年间,越来越多的国内外研究者开始研究跳跃运动并着手开发了各种各样的跳跃机器人。跳跃运动是一种高度非线性的并且由交替的飞行和着地阶段组成的动态运动,这给跳跃机器人的控制提出了很大的挑战。综述了国内外跳跃机器人的研究现状,对现有的跳跃机器人进行了分类,对跳跃机器人的驱动方式、动力学模型的建立和控制方法等方面进行了详细分析,提出了目前跳跃机器人研究的关键技术,最后指出了跳跃机器人的发展趋势。     

基于弹尾虫运动机制的平衡轮式跳跃机器人的设计

针对弹尾虫的生物体结构与运动特性,复合轮式与跳跃运动设计了一种新型跳跃机器人。利用弹尾虫独特的跳跃运动机制设计了跳跃原理结构,并使用拉格朗日法完成跳跃原理结构着地起跳、腾空阶段动力学方程的构建与仿真,分析并验证了跳跃过程及跳跃原理的可行性。通过轮式结构的复合设计,使得机器人具备平衡轮式移动特性,展现跳跃原理结构的可移植性。搭建机器人控制系统,使用3D打印技术完成样机制作,最终设计机器人长15cm、宽9.5cm、高7.5cm,整体重268.6g。试验测试表明,机器人具备快速连续运动性能,1s内完成能量蓄积与释放,0.5s内实现姿态复位;具备多运动模式,可实现高20cm、远15cm的跳跃动作,同时可完成跳跃后的姿态复位,平衡轮式移动以及传统平衡小车难以实现的倒地后自主平衡复位。