仿生跳跃机器人弹跳结构设计.pdf

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1、第36卷第3期长春工业大学学报Vo1．36No．32015年O6月JournalofChangchunUniversityofTechnologyJun．2015DOI：10．15923／j．cnki．cn22—1382／t．2015．3．07仿生跳跃机器人弹跳结构设计盖克荣(北京工业职业技术学院，北京100042)摘要i以蚂蚱弹跳为依据，设计了一种仿蚂蚱跳跃功能结构，利用Solidworks以及ADAMS完成结构动态仿真，并按照仿真结构进行零部件的装配及模型跳跃实验。实验证明，弹跳高度可以达到预期要求。关键词：仿生机器人；弹跳机构；仿真中图分类号：TP24文献标志码：A文

2、章编号：1674—1374(2015)03—0266—04Designofbouncingstructureforabio—robotGAIKerong(BeiingPolytechnicCollege，Beijing100042，China)Abstract：Alocust—basedbouncebio—robotisdesigned，andasimplifieddynamicmodelofthemechanismisbuiltwithSolidworksandADAMStosimulate，analyzeandoptimizethecomponentassembling

3、androbotbouncing．Experimentsshowthatthebouncingheightofthelocust—basedstructuremeetstheneeds．Keywords：bio—robot；bouncingmechanism；simulation．出发，研制出了多种高效的弹跳机构。体积小、重O引言量轻、跳跃高度高、单次跳跃距离远是对弹跳机构机器人在矿难侦察、工业事故危险探测、反恐的基本要求，能承受一定的负载，在空中滞留时间防爆以及军事侦查等方面，取代人执行高危、高难长，可在空中调节姿态，耗能低，甚至可实现环境的工作作业已经成为一种趋势，越来

4、越严格的实中自主获取能量、落地平稳等，都是目前小型机械用化、越障能力和适应性也成为机器人应该具有人的发展趋势和研究热点。的特点。跳跃机器人与传统的轮式履带式机器人1仿蚂蚱跳跃结构设计对比，具有较强的越障能力，是机器人战胜地形的最好方法。在1969年，美国就有人研制弹跳机构仿生跳跃结构是未来机器人运动的一种有效用于月球探索口]，目前，研究人员根据仿生学原方式。在小型仿生跳跃机器人研究方面，瑞士洛理，从蝗虫、蟋蟀Ⅲ、青蛙Ⅲ等动物的跳跃方式桑联邦理工学院利用弹性储能元件和四连杆机构收稿日期：2015-01—25基金项目：2O13—2015北京市属高等学校青年拔尖人才培育计划资助项

5、目阶段成果作者简介：盏克荣(1973一)，女，汉族，山东临沂人，北京工业职业技术学院副教授，硕士，主要从事机电一体化技术方向研究，Email：gkr0706@126．corn．第3期盖妃荣：仿生跳跃机器人弹跳结构}殳汁267实现商效的弹跳运动．下一个目标是实现其在空器人腿部两侧装E扭簧．通过电机驱动一套5级[}1滑翔。NASA的第二代跳跃机器人外形模仿齿轮减速机构，将转矩依次传递给凸轮、弹跳腿及青蛙，实现r『日J歇性弹跳的所有典型动作。美国扭簧。前腿受到凸轮的压力绕轴进行转动，当凸凯泽西保留地大学模仿蟋蟀．以压缩空气作为动轮绕过尖端后。扭簧迅速释放存储的势能。通过克力源，人

6、工肌肉为执行元件，能同时实现爬行和跳服机器本身的重力势能．机器人实现跳起，完成跳跃两种运动方式，着地缓冲性能较好。跃动作。哈尔滨工业大学在简化蚂蚱起跳模型的基础上．研究一种四足跳跃机器人理论模型，并制作出原理样机l。j’2仿蚂蚱弹跳机构的总体结构跳跃机器人的弹跳机构是决定机器人弹跳能力是否能实现高效弹跳运动的关键【】。为了实图1蚂蚱弹跳原理图现弹跳功能，构建弹跳结构，文中分析和借鉴多种2．1关键零部件的设计弹跳结构，以蚂蚱为仿生研究对象，制作了仿生移2．1．1齿轮减速装置的设计动弹跳机器人机械结构原理样机。如图l所示。减速装置减速比为2O13．前端采用电机与齿跳跃机构的整体

7、设汁方案足通过构建系统减轮配套的结构，a一20。。部分齿轮参数设汁见表速机构干¨轮弹簧机构来实现跳跃功能。用质量1。轻、强度高的碳纤维朴搭建跳跃机构的骨架。在机表I部分齿轮参数rlnl减速齿轮组机构通过仿真设计。其仿真效果凸轮设计采用ADAMS．先!t成凸轮曲线，再如图2所示。将其导人Solidworks中实现实体建模。如果作用在电机上的扭矩不变，电机的转速不变，则电机的动能均匀地转化为扭簧的势能．扭簧的势能可以用如下的方程式表示：Q=ff(1)式中——常数。设扭簧的特征系数为走(N·m／rad)。则扭簧的势能又可