水上行走机器人支撑腿的设计与布局

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1、、，01．33．NO．5第201313年第9期机⋯器⋯人ROBOTSep．，2011DoI：10-3724／SPJ．1218．2011．00513水上行走机器人支撑腿的设计与布局吴立成1，连志鹏2，袁海斌2，王淑慧2，杨国胜(1．中央民族大学信息丁程学院，北京1oo081；2北京航空航大大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)摘要：研究了水L行走机器人支撑腿形状设计j布局问题．首先将支撑腿视为欧拉一们努利弹性曲梁，通过对其柔性变形的几何分析j应力应变分析，提出r一种支撑腿形状优化设计方法，方法的目标足

2、扶得最大支撑力．对方法的正确性和有效性进行了仿真和实验验证．其次通过分析支撑腿间距对支撑力的影响，以及支撑腿布局与机器人抗翻转能力的关系，提出了支撑腿布局的设计方、7去．针对采用lO条支撑腿的WaterDancerII—a机器人，给出J，一种满足要求的布局方案．关键词：水f行走机器人；支撑腿；优化议计；布局；弹性『ffI梁中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1002—0446(2011)一05—0513—06DesignandArrangementofSupportingLegsforWaterSt

3、riderRobotWULicheng，LIANZhipeng，YUANHaibin，WANGShuhui，YANGGuosheng(1．SchoolofInformationEngineering，MinzuUniversityChina，Beijing100081，China；2．SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Theproblemsofshap

4、edesignandpositionarrangementforwaterstriderrobot’Ssupportinglegsarediscussed．Firstly,thesupportinglegisregardedasEuler-Bernoullielasticcurvedbeamandamethodfordesigningitsoptimalshapeisproposedbyanalyzingitsgeometricflexibledeformationandstress—strain．Theob

5、jectiveoftheoptimalmethodistoattainthemaximumsupportingforce．Theefectivenessandvalidityareverifiedthroughsimulationsandanexperiment．Secondly,amethodforarrangingthesupportinglegsontherobotbodyisproposedbyanalyzingtheinfluenceofsupportinglegs’spacingonsupport

6、ingforce，andstudytherelationbetweensupportinglegs’positionarangementandrobot’Srolling—resistantcapability．AlayoutschemefortheWaterDancerII—awithtensupportinglegsisdesigned，whichsatisfiestherequirements．Keywords：waterstriderrobot；supportingleg；optimaldesign；

7、layout；elasticcurvedbeam1引言(Introduction)状及支撑腿布局与支撑力的关系，对腿部进行优化设计非常重要．文[2-6]研究了腿部表面张力支撑力水上行走机器人仿生水黾，也称为水蜘蛛机器的计算方法，以及腿部与水的接触角与支撑力的关人、水黾机器人、水上漂浮机器人．其特点是利用表系，指山腿部表面席具有疏水性(接触角大于90。)面张力在水面上站立和行走，运动中几乎没有粘性才可能获得最人的表面张力支撑效果．文[7]讨论阻力，相比丁舰船及潜器可人大降低运动能耗，提了直线形支撑腿在水中的变形

8、情况，并给出了直线高上作效率．此外，水上行走机器人因其特殊的运动方式，不会在浅水区搁浅，运动过程对液体的扰形腿部的最大有效K度．文【8]提出了一种基于柔动也非常小，因此在侦察勘测、水质监控、液面清污度矩阵的支撑腿形状优化的近似算法，但该方法需等领域具有十分』一阔的应用前景．假设腿的变形为小变形，囚此无法用于较细K的支目前，水上行走机器人已成为一个新的研究热撑腿设计．此外，支撑力采用由试验数据拟合的模