Sandflea机器人 文献综述

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1、Sandflea机器人文献综述简介Sandflea（“沙蚤”）由美国国防高级研究计划局（DARPA）联合波士顿动力公司共同研制。它能够垂直跳跃，高度达9m，能独立越过壕沟和障碍，并通过图像接口向遥控人员传送详细的视频或高分辨率快照。现以其为代表针对行进、弹跳、减震等对弹跳机器人进行机械构造方面的分析研究。研究起源最早的弹跳机器人是1980年在麻省理工机器人实验室研制的单腿弹跳机器人MarcRaibert。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H，该机构可以在线形轨迹运动。之后模型进行

2、了改进，增加了铰接式的关节，从而使模型可以在三维空间运动。另一个较早的弹跳机器人模型为AcrobaticRobot。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，唯一的旋转关节同时充当动力源和平衡臂的作用。以后的弹跳机器人都是以在此基础上推导出的公式进行更深入的研究。但在实际中这两种模型存在很多问题，首先模型中许多假想条件并不成立，另外模型是以自治的连续弹跳运动为分析对象，但Raibert在实验室中的弹跳机器人需要大量外围设备与器件作支撑，才能保证其稳定及供给能量。弹跳机器人分类弹跳机器人

3、从运动形式上一般分为两类：一种作连续性的弹跳运动，以上所介绍的两个较早的机器人均属于此类，机构的能量补充、姿态调整、起跳参数设置和着落点预测都是动态完成的。其优点是第二次起跳能够部分利用前一次的下落势能，使得能量利用效率较高，因此弹跳频率较快，活动范围大，对于这方面的研究主要是如何在连续的弹跳运动中保持稳定，理论研究集中这方面的运动学动力学分析。另外一类弹跳机器人作间隙性运动，其运动基本可分为起跳、飞行、落地(可能翻转)、调整、再次起跳4个阶段，比连续性弹跳多了一个地面调整过程。这一过程主要是重新存储弹

4、性势能，调整弹跳方位，进行地形预测，并且如果发生落地翻转，还要设法回复到预备弹跳的姿态。这种方式明显简化了控制过程，而且不影响弹跳机构的实际功能。在间隙弹跳运动中如何实现弹的更高、跳的更远，构建具有实用价值的弹跳机器人是研究重点。在现阶段，对间隙性弹跳机器人的研究较多，已面世的具有实用价值的弹跳机器人大多为此类。迄今为止，有关间歇式弹跳机器人机构设计方面的研究主要集中在如何利用机构实现储能、跳跃以及倒地后翻转复位等方面。BURDICK等先后研制了三代间歇式弹跳机器人，第一代球形弹跳机器人通过丝杠压缩弹簧

5、进行储能，利用锁定—释放机构释放弹簧储能进行跳跃。落地后利用低重心和球形外壳的结构特征自行复位。第二代仿蛙弹跳机器人利用对称齿轮—六杆机构将储能弹簧的线性力转化为起跳方向上的非线性力，有效避免了提前起跳，能量利用率较高，倒地后利用太阳能电池板翻转复位。第三代轮腿式机器人较第二代增加了起跳角度调整机构，但未设计翻转复位机构。这三代机器人均不能调整弹簧储能的大小。KOVAČ等研制了一种球笼形间歇式弹跳机器人，利用凸轮对四杆弹跳机构铰轴处的扭簧进行储能，通过控制凸轮的转动释放扭簧储能。球笼形结构既可减缓落地时

6、对机器人的冲击，又可辅助其完成复位。该机器人质量小，跳跃性能好，但未实现储能大小和起跳角度的自动调整。ZHAO等利用齿轮传动收卷齿轮—五杆弹跳机构中的绳索，并对该机构中的弹簧进行储能，通过控制缺齿齿轮的转动释放弹簧储能。其储能大小可调，但未涉及起跳角度的调整和倒地后翻转复位的问题。TSUKAGOSHI等研制了一种气动轮腿式弹跳机器人，车轮外侧的半球形结构有效降低了机器人落地后发生侧翻的可能性，但未对气压大小和起跳角度的调整问题进行讨论。此外，其他研究工作同样未讨论储能大小和起跳角度的调整问题。储能大小和

7、起跳角度的不可调整，使弹跳机器人跳跃轨迹唯一，不具有可控性，降低了其适应复杂地形的能力。弹跳机器人构建方法总结目前的弹跳机器人研究，主要构建方法可分为3大类：一类是从自然界生物获得启发，仿造外型与功能类似的机构，同时实现行走与弹跳。对于仿生方面，各国研究人员研究的较多，Scarfogliero等仿生蟋蟀后腿设计的跳跃机器人，采用偏心凸轮驱动四杆机构实现跳跃，并通过添加尾翼及柔性腿提高其起跳、落地的稳定性；Yamakita等模拟猫的蹬墙跳跃运动，提出由两四连杆机构并联构成的跳跃机器人，将其等效为弹簧-质量

8、模型，并对跳跃过程中姿态调节进行了仿真分析；Hvon等研制的仿生狗单足跳跃机器人，将三根连杆作为跳跃腿，两个液压缸作为驱动肌肉，弹簧模拟肌腱，通过压缩弹簧提供推力实现跳跃，用绳索辅助机构提高运动稳定性。李霏等通过仿生叶蝉的跳跃运动，研制出Grillo小型机器人，并加装两翼以提高跳跃的稳定性。杨小传、胡海拉等人在《单足弹跳机器人弹跳机构设计与弹跳动力学分析》基于仿生学原理、通过模仿青蛙的跳跃，设计并制作了一种结构简单、新颖的弹跳机构。通过将其