基于齿轮-五杆机构的液动仿袋鼠跳跃机器人腿部机构设计与增速特性研究.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn基于齿轮-五杆机构的液动仿袋鼠跳跃机器#人腿部机构设计与增速特性研究**刘博，葛文杰，董海军，郭杨，郑雷5（西北工业大学，机电学院，西安710072）摘要：本文为解决仿袋鼠跳跃机器人腿部机构的各构件参数设计与液压缸增速的问题，以袋鼠下肢各部分运动的关键姿态为出发点，通过两种齿轮-五杆腿部机构的对比分析，综合考虑液压缸的驱动位置，优化设计了一种仿袋鼠跳跃机器人闭链腿部机构；在此基础上对该机构进行起跳阶段的运动学和动力学建模并分析，得到其质心运动的数据与地面反力的特性曲10线，据此研究该机构对液压缸驱动的增速特性。结果显示，

2、基于齿轮-五杆机构的跳跃机器人能够很好的模拟袋鼠跳跃姿态，且能够极大的增加液压缸活塞的驱动速度。关键词：机械原理与机构学；跳跃机器人；液压驱动；动力学分析中图分类号：TP24215LegMechanismDesignandVelocityIncreasingCharacteristicResearchofAHydraulicKangarooHoppingRobotBasedonGearedFive-BarMechanismLiuBo,GeWenjie,DongHaijun,GuoYang,ZhengLei(MechanicalEngineeringSchool,Northweste

3、rnPolytechnicalUniversity,Xi'an710072)20Abstract:Thispaperexploresthesolutionofthelegmechanismcomponentsparametersdesigningandthehydrauliccylindervelocityincreasingproblemsofkangaroohoppingrobot.Basedonthekeymovementofkangaroolowerlimbposture,andthecomparativeanalysisoftwotypesofgearedfive-bar

4、legmechanism,anoptimumdesignschemeofclosed-looprobotlegmechanismisproposed,byconsideringthehydrauliccylinderdrivingposition.Onthebasisoftheprocessabove,amechanism25kinematicsanddynamicsmodelintake-offstageisbuiltandinvestigated,whichshowsthecentroidmotiondataandthegroundreactionforcecharacteri

5、sticresults.Finally,thevelocityincreasingcharacteristicsofthehydrauliccylinderdrivingmechanismisstudied.Theresultsshowthat,withsimulatingthehoppingattitudeofthekangaroo,thehoppingrobotbasedonthegearedfive-barmechanismcangreatlyincreasethedrivingvelocityofthehydrauliccylinderpiston.30Keywords:m

6、echanicaltheoryandkinematicofmachinery;hoppingrobot;hydraulicdrive;dynamicanalysis0引言生物的跳跃运动具有速度快、运动稳定性好、能量利用率高、着地面积小等特点，在复杂地形和非结构化环境中的运动能力极高，因而仿生跳跃机器人在未来星际探索、军事侦察35等领域有着广泛的应用前景。[1]~[6]Raibert等人在1980年研制出由两个驱动控制的两自由度弹跳机器人，这种弹跳机器人的主要运动方式为单足弹跳，其运动被限制在一个平面内，腿部装有储能气缸，分别控基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(优先发展领域)

7、(20136102130001)作者简介：刘博(1985-)，男，博士生，主要研究方向：机械原理与机构学、仿生跳跃机器人、机构学、机器人控制理论通信联系人：葛文杰(1956-)，男，教授、博导，主要研究方向：机械原理与机构学、仿生机器人、柔性机构、下肢康复器械、机械动力学.E-mail:gwj@nwpu.edu.cn-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn制机器人跳跃时的高度、向前的速度以及姿态。Buehler等人在弹跳机器人方面也做了大量