文献综述报告-弹跳机器人设计、多功能升降器设计、多功能担架车设计5.doc

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1、地震搜救弹跳机器人文献综述报告班级（学号）：机0606（306010631）姓名：张威指导教师：王科社教授摘　要：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。关键词：机器人；弹跳运动；弹跳机器人AReviewofHoppingRobotsAbstract：Inapplication,robotsoftenneedhopping

2、instrumentstooverleaptheobstaclesorditches.However,wheeledandcrawledrobotscannotdothis.Thispapersyntheticallyintroducesandanalyzesthecurrentresearch,andillustratestheworkingmechanismofahoppingmachinewhichisworkedoutbytheauthors.Inadditiontoreviewingsomeofthekeyaspectsofthedesignofhoppings

3、ystems,thispapergivesprospectofthedevelopingtrend.Keywords:Robots;Hoppingmovement;Hoppingrobot　　目前，移动机器人采用的两种主要运动方式是：多轮或履带式驱动，仿生爬行或步行。但是这两类移动机器人共同的缺陷是：它们很难一次性跃过较大的障碍物或沟渠。随着机器人应用范围的日益广泛，机器人面临的环境也越来越恶劣，诸如考古探测、星际探索、军事侦察以及反恐活动等。在这样的环境中，要求机器人必须具有较强的地形适应和自主运动能力。相对于采用以上两种运动方式的移动机器人，弹跳机器人可以轻而易举地跃

4、过与自身尺寸大小相当的障碍物或沟渠，甚至可以跃过数倍于自身尺寸的障碍物，因此更适合复杂和不可预测的环境。特别值得一提的是在星际探索中，由于月球与火星表面的重力加速度大大低于地球表面的重力加速度(分别为地球的38%和17%)。弹跳机器人能充分利用这个特点，来达到扩大运动范围和节省能量的目的。尤其在探索过程中面对的往往是未知的地形，弹跳机器人相对于其它移动机器人具有更强的地形适应能力。因此，弹跳机器人特别适合应用于以未知、崎岖地形，低重力环境为特征的星际探索中。早在1969年美国就有人研制弹跳机器人以用于月球探索，根据当时“阿波罗”号飞船登月时的数据以及后期的试验与计算，列出

5、在月球上3种方式的比较(表1)。11表1　月球上3种运动方式比较运动方式运动距离(km)重量(kg)有效载荷(kg)持续性弹跳式3045073h喷气式72057推进燃料的消耗漫游小车171750更大数小时可见弹跳运动在星际探索中是一种非常高效的运动方式。CaliforniaInstituteofTechnology和JetPropulsionLaboratory在NationalAeronauticsandSpaceAdministration的资助下，对应用于星际探索的弹跳机器人进行了研究，这个项目并且得到了美国国家科学基金的资助。该项目从1999年起，先后研究开发出了

6、三代弹跳机器人，其中第三代弹跳机器人在远程计算机的控制下基本实现了自主运动。随着我国载人航天器的发射成功，登陆其它行星必然是下一步目标，弹跳机器人在其中必然会发挥巨大的作用。1　弹跳机器人的研究现状1.1　弹跳机器人的研究起源最早的弹跳机器人为MarcRaibert于1980年在麻省理工学院机器人实验室研制的单腿弹跳机器人。其基本模型如图1(a)所示，机构有一个x方向的平移自由度以及足部和躯体之间的旋转自由度θ，该机构可以在线形轨迹运动。在参考文献[2]中有这方面的概述，在文献[3～6]中有相关的力学分析。在文献[7]中对这个模型进行了改进，增加了铰接式的关节，从而使模型

7、可以在三维空间运动。这个模型的弹跳与落地过程经过运动学和动力学分析和计算后，只要按规律外加控制就可以保持连续平滑的弹跳运动。图1　单腿弹跳机器人另一个较早的弹跳机器人模型为AcrobaticRobot，也称为Acrobot，研究比较集中在对它的弹跳过程进行控制。这个模型有点类似于倒转的双钟摆结构，如图1(b)，机构具有唯一的旋转自由度θ和唯一的动力源，位于机构的关节处。机构的弹跳是通过加速它的质心来使它底部逐渐失去与地面的接触，在参考文献[8～12]中有对它的分析和控制策略。Acrobot的构造类似于Raibert的早期单腿弹