兩棲機器人彈性腿運動特性的實驗研究.pdf

1、水陸兩棲機器人兼具陸地和水中的運動能力，可以勝任其他工作空間單一的機器人所不能完成的任務。在過去，機器人研究主要集中在路徑導航和運動控制等方面。對于移動機器人運動機構的研究，特別是兩棲機器人運動機構的相關研究還有很大不足，已經成為兩棲機器人走向實用化的瓶頸。
　　本文在總結前人經驗的基礎上，結合了兩棲生物的仿生成果，設計了一種可以用于兩棲機器人水陸復合運動的彈性直腿。當機器人在水中運動時，彈性直腿處于自然伸展狀態(tài)，由電機驅動往復運

2、動，拍水推進;當機器人在陸地運動時，在地面反作用力的作用下，彈性直腿被動彎曲，滾轉前進。為了分析評價彈性直腿的運動性能，探究彈性腿與兩棲松軟介質的相互作用，本文進行了一系列的實驗研究。論文的主要研究內容和成果如下:
　　(1)通過仿生借鑒，本文獲悉了彈性元件在動物運動中的作用，總結了彈性元件的分布規(guī)律。在此指導下，本文設計了變剛度的彈性直腿，并對其進行了有限元分析和初步的試驗檢驗。
　　(2)設計了兩棲運動模擬實驗平臺。為了

3、檢驗彈性直腿的運動性能，探究彈性腿與地面之間的相互作用，本文搭建了兩棲運動模擬實驗平臺。該平臺主要由行走模塊、地面模塊和數(shù)據(jù)采集模塊三部分組成。行走模塊包含了驅動單元，能夠以一定的運動參數(shù)來驅動彈性腿的運動;地面模塊可以模擬不同性質的路面，如硬質路面、松軟泥地等;數(shù)據(jù)采集模塊可以采集彈性腿在運動過程中的電機驅動力矩、最大推進力、重心起伏等數(shù)據(jù)，為彈性腿的運動分析和評價提供數(shù)據(jù)支持。
　　(3)對彈性腿在兩棲環(huán)境中的運動性能進行了大

4、量的實驗研究。借助于實驗平臺，本文通過控制變量法，分別以不同的腿型剛度變量、運動介質變量和驅動參數(shù)變量進行了一系列的實驗探究，為彈性腿的設計優(yōu)化提供了實驗依據(jù)。
　　(4)搭建了彈性腿運動變形檢測系統(tǒng)。為了充分揭示彈性腿的足地作用機理，本文結合了接觸式和非接觸式兩種輪廓檢測手段，開發(fā)出適應本文研究需求的彈性腿運動變形檢測系統(tǒng)并予以實驗應用。通過該系統(tǒng)，本文勾勒出彈性腿在硬地面和松軟泥地中的運動變形曲線，為探究彈性腿與地面的作用機理