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机器人技术基础（结课作业）可跳跃式移动机器人机构设计及实现机自0606班邵帅060101145可跳跃式移动机器人机构设计及实现摘要：构建了一个具有跳跃能力的移动式机器人．机器人在较平坦地形下采用轮式移动方式前行；遇到障碍物或沟渠时，可以进行跳跃，从而扩大运动范围.介绍了机器人机械系统的总体结构，给出了机器人的本体结构及起跳姿态，并分析了机器人的运动过程.然后，详细分析了机器人的跳跃机构、跳跃参数调节机构、倾覆翻转机构等关键机构的工作原理，给出了机构设计方案.最后，根据总体设计要求选定了机器人的一些关键参数.关键词：移动机器人；机构设计；跳跃机构1引言轮式或履带式移动机器人机构简单，运动时消耗能量不多，但是很难越过高度超过限制的障碍物.随着机器人形体的减小，地形对运动的限制作用越来越大.步行或爬行机器人翻越障碍物的能力稍强，但是机构复杂，自由度、关节、驱动部件较多，实际应用受到限制.跳跃式机器人可以跃过数倍于自身高度的障碍物或沟渠，对地形有较强的适应力。但是，跳跃运动首先需要克服自身重力影响，且腾空和触地阶段动力学方程复杂，平衡难以控制，在机器人的研制过程中，把多种运动方式集成到一种机器人身上，是扩展机器人运动范围、提高机器人适应能力的主要途径.日本的Yamanaka把滚动运动方式和跳跃运动方式结合起来，构建了可以进行跳跃运动的滚动式球形机器人，Birch等研制的机械蟋蟀，同时具有爬行运动方式和跳跃运动方式，本文构建了一个具有跳跃能力的轮式移动机器人，给出了该机器人关键机构的设计及工作原理分析.该机器人把轮式运动和跳跃运动很好地结合起来：机器人在平坦地形下采用轮式行进方式，节约了能量；在碰到障碍物或沟渠时，机器人可以跳跃，从而扩大了运动范围．该机器人的所有姿态调节运动都在地面完成，避免了复杂的动力学方程分析.2机器人总体结构若要具有轮式移动和跳跃两种运动方式，则机器人至少需要具有移动机构和跳跃机构.此外，如果机器人跳跃后落地时机体倾覆，必须有倾覆翻转机构来恢复正常的运行姿态.为了使机器人按照指定方向和角度起跳，机器人还必须有起跳方向和起跳角度调节机构.落地缓冲机构也是必不可少的，它保证了和地面的碰撞不至于损伤机载仪器.此外，还需要电机传动机构、底盘等其它辅助机构．图1是该机器人机械系统的组成依据此总体方案设计的机器人机构如图2所示，图2右下方是机器人以62°角起跳时的姿态图.一般情况下，机器人采用三轮方式行进.前两轮为主动轮，由直流电机驱动．码盘保证了机器人的直线行走和特定角度的转向.后轮为随动轮，主要起支撑平衡作用.机器人的跳跃机构采用六连杆弹簧蓄能.压缩释放电机及压缩、锁定、释放机构均位于车头，这样的布局有利于提高跳跃高度及距离.机器人起跳参数调节装置可以设置的参数包括起跳方向和起跳角度．起跳方向由两个前轮调节；起跳角度由专门的机构调节，动力源是起跳角度调节电机．机器人对障碍物或沟渠的识别、对路径的规划由视觉、规划和控制系统给出．本文主要研究机构部分的设计及原理分析3运动过程机器人采用三轮行进时，六连杆蓄能机构处于压缩状态，前轮后轮处在行走位置，底板处于悬空状态.机器人靠两个独立的直流电机驱动，实现移动行走．当决策与控制系统判断出有需要跳跃才能越过的障碍物和沟渠时，发出指令让机器人跳跃.机器人的动作步骤依次为：起跳参数设置与起跳准备，跳跃，落地后可能倾覆的翻转，恢复行走姿态.两前轮精确调节机器人的起跳方向，跳跃角度调节机构精确调节起跳角度.角度调节过程为：后轮首先抬起至固定位置，然后车体前部逐渐抬起，底板完全落地.起跳角度调节范围为0°到9O°,起跳准备就绪后，压缩释放电机正转，触发锁定释放机构.锁定释放机构的突然释放使机器人实现跳跃，腾空阶段不对机器人姿态进行控制.如果落地后机器人身体倾覆，倾覆翻转机构负责把机器人恢复成前轮和底板着地姿态.姿态恢复过程为：起跳角度调节电机首先放下车体前部至行走位置，然后压缩释放电机反转拉动钢丝绳，同时实现后轮落地和蓄能机构的压缩.蓄能机构压缩到一定位置后，压缩电机停止转动，短接该电机正负极，依靠电...