可跳跃变形轮式移动机器人研究

• 作 者: 王博晗
• 出 处: 沈阳航空航天大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 跳跃机器人 变形轮 越障 机构

面向救灾环境,应用于应急的机器人已替代人类完成工作。机器人的移动方式可分为轮式、履带式、跳跃式和腿式等。在较为平坦的地面上,轮式机器人可快速移动;在崎岖的地面上,跳跃机器人可越过大尺寸的障碍物。因此,结合跳跃与轮式移动,设计了一种具有变形轮结构的轮式跳跃移动机器人。基于仿生学研究了青蛙双腿跳跃原理,基于该原理应用四杆机构设计了仿青蛙双腿的对称曲柄滑块机构模型。针对具体的移动性能和跳跃性能的要求,将轮式结构与简化模型相结合,提出一种新型轮腿复合式跳跃机构,命名为变形轮机构。应用丝杠传动控制变形轮机构形状的变化使得机器人能够完成跳跃;应用变速齿轮传动使得机器人能够完成轮式移动及简单越障。机器人可在跳跃移动和轮式移动两种模式下随时切换。建立变形轮机构的跳跃模型,分析了四个阶段影响变形轮跳跃性能的重要因素。建立机器人和变形轮的力学模型,分析了变形轮机构在跳跃时的受力情况,得出机构跳跃力与位移的关系;分析了机器人的跳跃性能,得出机器人跳跃高度与距离之间的关系;分析了机器人在落地时刻的位置、姿态调整方式,得出机器人整体在落地过程的速度与角速度的变化。研究了机器人完成跳跃的充要条件,研究了机器人二维和三维跳跃的位置、姿态调整方式。制作实验样机,搭建实验平台,进行变形轮的跳跃、机器人轮式移动、机器人轮式越障以及机器人跳跃实验。实验结果验证了机器人设计的合理性,移动、越障、跳跃的可行性。