跳跃机器人研究现状和趋势

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1、跳跃机器人研究现状和趋势测控一班3012202006胡凌皓摘要：跳跃运动其着地点的离散性和发力的突发性和爆发性使跳跃运动模式的仿生机器人具备很强的越障和环境适应能力。本文结合国内外跳跃机器人的研究现状和成果，将跳跃机器人研究分为伸缩式、关节腿式、轮滚式和弹性变形式4类，并分析各类机器人特征．结合本课题组对跳跃机器人的研究，总结了跳跃机器人研究的关键技术，最后展望了未来跳跃机器人研究发展趋势。关键词：跳跃运动；跳跃机器人；仿生机器人ResearchStatusandDevelopmentTrendofHoppingRobotsAbstract:Hoppingl

2、ocomotionhascharacteristicsofisolatedfootholds,andpowerfulandexplosivehoppingforce,whichmakesbio-inspiredrobotswithhoppinglocomotionhavetheabilityofjumpingoverobstaclesandtheenvironmentaladaptability.INthispaper,hoppingrobotsaredividedintofourcategoriesonthebasisofresearchresultsin

3、Chinaandoverseas:telescopicrobots,articulatedrobots,wheeled&rollingrobotsandflexiblerobots.Combiningwiththecurrentresearchabouthoppingrobots,thecharacteristicsofeachcategoriesareanalyzed.Therelatedkeytechnologiesareproposed.Finally,thedevelopmenttrendsofhoppingrobotsinfuturearepred

4、icted.Keywords:hoppinglocomotion;hoppingrobot;bio-inspiredrobot.1引言目前，移动机器人采用的主要运动模式是轮式驱动。轮式驱动是人类改造自然界、路面出现后的产物，不能适应复杂地形，越障能力差。随着机器人应用范围的日益广泛，机器人将逐步应用于人类所无法深入到的条件恶劣、地形复杂的未知非结构环境中探索和改造自然界，为人类服务．未知非结构环境要求机器人必须具有较强的地形适应能力、高效的运动模式和自主运动能力。由于跳跃运动其着地点的离散性和发力的突发性和爆发性，自然界中的许多动物将跳跃运动作为克服大自然环

5、境、逃避敌害和高效捕食的一种运动模式。跳跃机器人的应用需求及动物跳跃仿生灵感，给近年跳跃机器人的研究注入新的活力，无论是仿生跳跃理论研究方面还是跳跃机器人实际应用方面都取得大量的成果。本文从仿生跳跃理论研究方面和跳跃机器人实际应用方面分析国内外有关跳跃机器人的研究成果，并从实现方式的角度进行分类和综述；在此基础上，结合本课题组对跳跃机器人的研究，分析跳跃机器人的关键技术，并对未来跳跃机器人的研究方法及趋势进行分析，以期望对未来跳跃机器人的研究以及更多的实际应用提供参考。2跳跃机器人分类及研究现状目前对于跳跃机器人的研究主要有仿生跳跃理论研究和面向于实际应用的

6、研究．尽管两类跳跃机器人在研究重点、类型方法和研究意义方面存在不同，但是两者有着共同的特征（见表1）。仿生跳跃理论研究主要集中在将3维空间高自由度的跳跃运动简化为2维平面仿生模型，使其实现低维空间的跳跃运动，其研究经历了从质量弹簧振子、伸缩倒立摆到单腿多关节的过程，并且大多数研究集中在具有生物特性的连续跳跃模式，能深入了解生物平稳跳跃运动机理，为未来仿人、仿多足类机器人的跑跳运动提供参考．面向实际应用的跳跃机器人研究起源于星际探索，低重力星面环境导致传统轮式或履带式机器人与地面产生的驱动摩擦力变小，轮式或履带式移动机器人的运动高效性优势被削弱，同时低重力环境

7、也有助于提高跳跃机器人的跳跃性能．近几年，应用于室内巡视、野外探测、救援搜寻的跳跃机器人开始崭露头角，跳跃机器人的应用领域、实现方式不断拓展。以下根据结构方式将跳跃机器人分为4类：伸缩式、关节腿式、轮滚式、弹性变形式，结合近年研究新成果，分析运动实现方式和跳跃特性。2.1伸缩式跳跃机器人伸缩式跳跃机器人也称为弹簧振子倒立摆模型（SLIP），模型结构图如图1所示，该模型的重量集中在身体上部，下部为质量近似忽略的弹簧腿，主要靠腿部弹簧沿移动副方向储能产生弹跳动力，弹跳力的提供方式有气动、液压驱动和电机驱动．如图1所示，根据自由度的不同，伸缩式倒立摆模型主要分为4

8、种形式：(1)单自由度模型。在矢平面内限制在水平方向