兩棲機(jī)器人彈性腿運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、水陸兩棲機(jī)器人兼具陸地和水中的運(yùn)動(dòng)能力，可以勝任其他工作空間單一的機(jī)器人所不能完成的任務(wù)。在過(guò)去，機(jī)器人研究主要集中在路徑導(dǎo)航和運(yùn)動(dòng)控制等方面。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究，特別是兩棲機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)研究還有很大不足，已經(jīng)成為兩棲機(jī)器人走向?qū)嵱没钠款i。
　　本文在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了兩棲生物的仿生成果，設(shè)計(jì)了一種可以用于兩棲機(jī)器人水陸復(fù)合運(yùn)動(dòng)的彈性直腿。當(dāng)機(jī)器人在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性直腿處于自然伸展?fàn)顟B(tài)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)往復(fù)運(yùn)

2、動(dòng)，拍水推進(jìn);當(dāng)機(jī)器人在陸地運(yùn)動(dòng)時(shí)，在地面反作用力的作用下，彈性直腿被動(dòng)彎曲，滾轉(zhuǎn)前進(jìn)。為了分析評(píng)價(jià)彈性直腿的運(yùn)動(dòng)性能，探究彈性腿與兩棲松軟介質(zhì)的相互作用，本文進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)通過(guò)仿生借鑒，本文獲悉了彈性元件在動(dòng)物運(yùn)動(dòng)中的作用，總結(jié)了彈性元件的分布規(guī)律。在此指導(dǎo)下，本文設(shè)計(jì)了變剛度的彈性直腿，并對(duì)其進(jìn)行了有限元分析和初步的試驗(yàn)檢驗(yàn)。
　　(2)設(shè)計(jì)了兩棲運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為了

3、檢驗(yàn)彈性直腿的運(yùn)動(dòng)性能，探究彈性腿與地面之間的相互作用，本文搭建了兩棲運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)主要由行走模塊、地面模塊和數(shù)據(jù)采集模塊三部分組成。行走模塊包含了驅(qū)動(dòng)單元，能夠以一定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)彈性腿的運(yùn)動(dòng);地面模塊可以模擬不同性質(zhì)的路面，如硬質(zhì)路面、松軟泥地等;數(shù)據(jù)采集模塊可以采集彈性腿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩、最大推進(jìn)力、重心起伏等數(shù)據(jù)，為彈性腿的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。
　　(3)對(duì)彈性腿在兩棲環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了大

4、量的實(shí)驗(yàn)研究。借助于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本文通過(guò)控制變量法，分別以不同的腿型剛度變量、運(yùn)動(dòng)介質(zhì)變量和驅(qū)動(dòng)參數(shù)變量進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)探究，為彈性腿的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　(4)搭建了彈性腿運(yùn)動(dòng)變形檢測(cè)系統(tǒng)。為了充分揭示彈性腿的足地作用機(jī)理，本文結(jié)合了接觸式和非接觸式兩種輪廓檢測(cè)手段，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)本文研究需求的彈性腿運(yùn)動(dòng)變形檢測(cè)系統(tǒng)并予以實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。通過(guò)該系統(tǒng)，本文勾勒出彈性腿在硬地面和松軟泥地中的運(yùn)動(dòng)變形曲線，為探究彈性腿與地面的作用機(jī)理