1、 仿蝗虫四杆式跳跃机器人设计 一、选题的背景和意义 机器人的运动灵活性问题正日益收到关注，面对恶劣的环境、复杂的地形和危险地带时，要求机器人具有很强的自主能力及生存能力。目前对自助式移动机器人的研究主要以轮式或履带式的机器人和仿生 的爬行或步行方式的机器人为主。而轮式或履带式机器人只能在相对平坦的地势下工作，一旦遇到凹凸不平的地形其运动将收到很大的限制，步行或爬行机器人自由度多，控制复杂，运动缓慢，遇到障碍物时同样无能为力。 机器人在实际应用时，很多时候要求具备弹跳装置以便跃过障碍物或沟渠，而多轮驱动以及爬行机器人无法满足这种要求，因此迫切需要研制一个具有穿越建筑物楼梯，碎石甚至森林和沙漠的弹
2、跳式微型机器人，从而大大提高机器人的活动极限，而且弹跳运动的突然性与爆发性有助于机器人躲避危险，并且由于各星球间重力加速度的差别，使弹跳式机器人 在星际探险中也能发挥重大作用，另外在考古探测，反恐活动中也能更好地发挥作用。 跳跃机器人与轮式或步行机器人相比，具有运动范围大、越障能力强和躲避危险快等特点。仿生跳跃机器人涉及仿生学、机械学和控制学等多学科交叉，具有许多目前科技发展水平难以逾越的技术难点，研制难度大。研究表明， 1.5 2的蝗虫（ Schistocerca gregaria）用 9 11的能量在 30内能使其自身加速到 3.2m/s ，其最佳跳跃过程的加速度为重力加速度的 19倍，而
3、用于驱动肌肉组织的质量仅为躯体总质量的 4%5%。蝗虫在跳 跃运动中所表现出的驱动能量效率是巨大的。因此 ,研究蝗虫跳跃过程，并将研究成果用于仿蝗虫机器人的研制，对于促进仿生跳跃机器人技术的成熟和发展有着重要意义。 二、研究目标与主要内容 （含论文提纲） 研究目标： 根据仿生跳跃机器人的结构设计，培养独立进行结构设计和总体规划的能力，学习、掌握二维和三维制图软件和机器人结构设计的流程和注意事项。 主要内容： 第一章 绪论 1 1.1 设计背景和设计的意义 1.2 国内外跳跃式机器人的研究成 1.3 弹跳机构的分类 1.4 跳跃机器人研究面临的问题 1.5 跳跃机器人的发 展趋势 第二章 跳跃机
4、器人的模型建模和仿真实验 2.1 机构模型的建立 2.2 起跳机理及跳跃性能 2.3 动态仿真分析 2.4 虚拟样机仿真 第三章 仿蝗虫机器人起跳过程中的力学分析 3.1 仿蝗虫机器人机构杆件模型的建立 3.2 仿蝗虫机器人运动学研究 3.3 起跳阶段运动模型的建立 3.4 运动学正解的计算分析 第四章 总结 三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等 通过查阅和参考大量相关的资料，对其中的各类设计方案进行分析和研究。运用学到的机械设计和相关制图软件和力学知识等基础学科知识，针对蝗虫的跳跃悦动机理设计跳跃机器人，并用图纸表达出设计的结构，并对结构的性能进行校核。 四、参考文献 1吉爱
5、红，戴振东，周来水编著，仿生机器人的研究进展，机器人， 2005 年 5 月 2陈勇，陈东辉，佟金，陈秉聪编著，仿蝗虫机器人运动形态的三维动态仿真，农业机械学报， 2007 年 9 月 3刘壮志，席文明，朱剑英，吴洪涛编著，弹跳式机器人研究，机器人， 2003 年 11 月 4许宏岩，付宜利，王树国，刘建国编著，仿生机器人的研究，机器人， 2004 年 5 月 5李向阳，葛文杰，杨方编著，考虑脚部柔性的仿袋鼠 跳跃机器人运动特性研究，机器人， 2006 年 6 月 6杨煜普，耿涛，郭毓编著，一种新型翻转跳跃运动机器人的运动结构与轨迹规划，2 上海交通大学学报， 2003 年 7 月 7葛文杰，
6、沈允文，杨方编著，仿袋鼠柔性跳跃机器人的驱动力特性研究，西北工业大学， 2005 年 7 月 8葛文杰，沈允文，杨方编著，仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学，机械工程学报，2006 年 5 月 9Koditschek D E,BuhlerM.Analysis of a simplified hopping robotJ.Internatio nal Journal of Robotics Reseach,1991,10(6): 587-605. 10VakakisA F,Burdick JW,Caughey T K. An “interesting” strange attactor in th
7、e dynamicsofa hopping robotJ.The Internationl Journal of Robotics Research,1991,10(10): 606-618. 五、研究的整体方案与工作进度安排 （内容、步骤、 时间） 首先查阅各类中外文资料，通过大量的阅读，并且加入自己的理解和研究，完成外文翻译、文献综述和开题报告这些论文的前期工作。然后在其他人的分析和研制的基础上，再加以改进和研究。 进度安排： 2010.12.112.30： 明确课题任务，阅读相关文献，完成外文翻译，文献综述。 2011.1.11.20： 熟悉资料，撰写楷体报告、拟定设计方案。 2011.1.212.10： 根据方案进入实质性开发。 2011.2.113.1： 根据实际进展调整方案，进一步开发，并完成调试。同事完成论文初稿。 2011.3.23.10： 论文中期检查。 2011.3.114.20： 论文修改、定稿。 2011.4.26： 打印论文，准备论文答辩。 六、研究的预期目标及主要特点及创新点 根据仿生跳跃机器人的结构设计，培养独立进行结构设计和总体规划的能力。着重分析了起跳过程中的一些运动学问题。经虚拟仿真实验增加了实验的可靠性。
