燃气动力弹跳机器人的设计与试验研究.pdf

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1、第52卷第11期机械工程学报Vol.52No.112016年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun.2016DOI：10.3901/JME.2016.11.019*燃气动力弹跳机器人的设计与试验研究11,21111左方睿王化明栾云广朱剑英王振黄青云(1.南京航空航天大学机电学院南京210016；2.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027)摘要：以可燃混合气体为动力源，设计了一种燃气动力的弹跳机器人，包括弹跳驱动器和轮式运动机构。弹跳驱动器采用双活塞燃烧室结构及磁力锁紧机构，有效减小驱动器体积，有利于驱动器复位和废气排

2、除。轮式运动机构包括车身和蜂窝车轮，车身作为驱动器载体，蜂窝车轮用于机器人落地缓冲。对车轮的径向、周向和切变模量进行等效计算，采用铁木辛柯梁理论对车轮进行静力分析，计算结果与试验数据吻合；利用LS-DYNA对车轮落地碰撞进行仿真，分析了落地冲击能量消耗。对机器人的弹跳运动进行规划，弹跳越障试验表明机器人可直接越过或跃上障碍物，验证了机器人的弹跳运动能力。该弹跳机器人的研究为提高地面移动机器人的未知复杂地形适应能力提供了一种可行的技术方案。关键词：弹跳机器人；燃气动力；蜂窝车轮；弹跳驱动器；运动规划中图分类号：TP242OntheDesignandExperiment

3、sofaGasFuel-poweredHoppingRobot11,211ZUOFangruiWANGHuamingLUANYunguangZHUJianying11WANGZhenHUANGQingyun(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,NanjingUniversityofAercnauticsandAstronautics,Nanjing210016;2.StateKeyLaboratoryofFluidPowerandMechatronicSystems,ZhejiangUniversity,Han

4、gzhou310027)Abstract：Ahoppingrobot,poweredbycombustiblegasmixture,isdesigned,whichincludesahoppingactuatorandawheeledlocomotivestructure.Theactuatorischaracterizedbyadouble-pistonstructureandamagneticlatch,whicharebeneficialtothevolumereduction,resetandwastegasexclusionoftheactuator.Th

5、ewheeledstructureconsistsofavehiclebodyandhoneycombedwheels.Thevehiclebodyservesasthecarrierofthehoppingactuator,whilewheelsaslandingbufferoftherobot.Theequivalentradial,tangentialandshearmodulusofwheelsarecalculated,andthenTimoshenkoBeamTheoryisusedforstaticanalysisofwheels,andanalyti

6、cresultsagreewellwithexperimentaldata.TheenergyconsumptionofwheelsduringlandingisobtainedbylandingcollisionsimulationusingLS-DYNA.Thehoppinglocomotionoftherobotisplannedandhoppingexperimentsshowtherobotcanjumpontooroverobstacles,andhoppingabilityoftherobotisverified.Thisresearchprovide

7、safeasibletechnicalschemeforimprovingthecapabilityoffieldrobotsoverunknownandcomplexterrains.Keywords：hoppingrobot；gasfuel-powered；honeycombedwheels；hoppingactuator；motionplanning[3]运动的结合。类似的机器人还有HeliosVI机器人、*[4]0前言Azimut机器人等。然而此类复合机器人的越障能力依旧有限，难以克服大于自身尺寸的障碍物。目前机器人正逐渐应用到搜救、战场侦察、野弹跳机器