新型氣動(dòng)仿青蛙機(jī)器人設(shè)計(jì)及彈跳性能研究.pdf

1、仿生青蛙跳躍機(jī)器人由于其越障能力強(qiáng),能適應(yīng)不同的地表,具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文在對(duì)生物青蛙肌骨骼系統(tǒng)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)元件,設(shè)計(jì)并研制了一種新型仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)。對(duì)機(jī)器人進(jìn)行建模,并對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和起跳軌跡規(guī)劃進(jìn)行了分析,通過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)物樣機(jī)跳躍實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了跳躍機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
　　首先通過對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有資料進(jìn)行分析,總結(jié)出青蛙在跳躍過程中各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)律;通過對(duì)青蛙跳躍

2、的運(yùn)動(dòng)特征以及跳躍過程中腿部肌肉的伸縮情況進(jìn)行分析,得出影響肌肉作用效果的因素;為了能夠有效模仿生物肌肉的特性,采用 Mckibben型氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng),研制出一種以氣動(dòng)肌肉為驅(qū)動(dòng)的仿青蛙彈跳機(jī)構(gòu),并建立仿青蛙跳躍機(jī)器人的電氣機(jī)械系統(tǒng)模型。
　　將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析分為地面階段和騰空階段,運(yùn)用D-H方法分別對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,對(duì)這兩個(gè)階段的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題分別進(jìn)行求解。膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的雙關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),對(duì)氣動(dòng)肌

3、肉的收縮量問題進(jìn)行分析,建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與肌肉收縮量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
　　運(yùn)用拉格朗日法建立了機(jī)器人跳躍過程的動(dòng)力學(xué)方程。通過求解動(dòng)力學(xué)逆問題,可以確定機(jī)器人在已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律下的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩大小。同時(shí)為了進(jìn)行彈跳性能的分析,利用基于遺傳算法的軌跡規(guī)劃方法,以最小關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩為優(yōu)化目標(biāo),在關(guān)節(jié)空間對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。
　　在ADAMS虛擬環(huán)境中,利用彈簧阻尼單元模擬氣動(dòng)肌肉輸出,對(duì)仿青蛙機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真。最后利用所研制的仿青蛙彈跳腿