仿生彈跳機(jī)器人設(shè)計研究.pdf

1、一般的偵探搜索和救援地域中，大部分地域是人類無法直接進(jìn)入該地域開展偵探和搜索工作，而仿生彈跳機(jī)器人作為輔助探索工具，它可以代替人類進(jìn)入該地域開展偵探和搜索工作。本文研究以昆蟲跳甲和蝗蟲作為仿生研究對象，以設(shè)計仿生彈跳機(jī)器人為研究目的，進(jìn)行以下內(nèi)容的研究：
　　第一部分，觀測記錄仿生對象跳甲及蝗蟲的身體特征及彈跳動作。設(shè)計一種昆蟲彈跳形態(tài)觀測及空間位移測量裝置，對仿生對象跳甲及蝗蟲的身體特征及彈跳動作觀察分析。
　　第二部分，

2、分析仿生對象跳甲及蝗蟲的彈跳機(jī)理。結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩須夂?，采集若干?shù)量的仿生對象，利用現(xiàn)有觀測設(shè)備對跳甲及蝗蟲的身體結(jié)構(gòu)組成、各結(jié)構(gòu)連接關(guān)系及相應(yīng)的彈跳機(jī)構(gòu)等進(jìn)行觀測記錄，并分析彈跳過程中各結(jié)構(gòu)的作用及如何銜接并執(zhí)行對應(yīng)動作來完成整個彈跳過程。
　　第三部分，建立仿生對象彈跳過程的數(shù)學(xué)模型并計算。對仿生對象的彈跳腿進(jìn)行簡化，利用彈跳腿部各關(guān)節(jié)速度變化率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)動能原理建立數(shù)學(xué)模型，計算出仿生對象起跳離地瞬間初速度、彈跳高度及水平距離。結(jié)

3、合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用該數(shù)學(xué)模型計算所得，蝗蟲及跳甲的彈跳垂直高度分別為1.2013m和0.4310m,水平距離為0.9275m和0.5714m。而蝗蟲及跳甲的實(shí)際彈跳高度為1.323m和0.622m,水平距離為1.182m和0.713m。該實(shí)際彈跳數(shù)據(jù)與計算結(jié)果相近，說明數(shù)學(xué)模型的可靠性。
　　第四部分，設(shè)計仿蝗蟲彈跳機(jī)器人和仿跳甲彈跳機(jī)器人兩種方案并建立3D模型及平面圖。比較兩種方案的彈跳機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，因仿跳甲方案利用半凸輪機(jī)構(gòu)，具有彈

4、性勢能高效轉(zhuǎn)換為動能的特點(diǎn)被確定為更優(yōu)方案。對該方案彈跳機(jī)構(gòu)中齒輪組、偏心輪、彈跳腿部機(jī)構(gòu)分析與計算，建立起跳過程數(shù)學(xué)模型并計算。結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)計算所得，仿跳甲彈跳機(jī)器人的垂直高度為0.3486m，水平距離為0.3529m。該彈跳機(jī)器人體積約為6.40×10-5m3,可應(yīng)用于地形和洞穴等探測。
　　第五部分，運(yùn)用生命周期評價方法及GaBi軟件對仿生彈跳機(jī)器人進(jìn)行生命周期評價。選取全球溫室效應(yīng)潛值、酸化潛值、富營養(yǎng)化潛值、光化學(xué)氧化物