仿蝗虫柔性跳跃机器人基础技术研究

跳跃机器人凭借其高效的弹跳越障能力在星际探测、战场侦察和反恐防暴等领域具有广阔的应用前景。本项目以蝗虫为仿生对象，拟开展蝗虫弹跳和翻转运动机理分析；突破柔性弹跳翻转一体化机构的构型设计、复合运动序列规划控制等核心基础技术；研制仿蝗虫柔性跳跃机器人原理样机，验证和完善弹跳运动机理与基础技术。.采用刚柔一体化建模的方法，建立考虑柔性组织在内的仿蝗虫弹跳腿机构的刚柔混合动力学模型，结合姿态调整的运动机理，用来指导仿生柔性弹跳翻转一体化机构设计，使该机构不仅具有弹跳能力高、着陆冲击小的特点，而且还具有着陆姿态翻转的调整恢复能力，实现对蝗虫弹跳后腿的功能仿生和结构仿生。.本项研究从机构学角度进一步揭示了蝗虫的弹跳和翻转运动机理，为设计高效实用的仿蝗虫柔性跳跃机器人提供理论依据和技术支撑。

跳跃机器人凭借其高效的弹跳越障能力在星际探测、战场侦察和反恐防暴等领域具有广阔的应用前景。本项目以蝗虫为仿生对象，开展了蝗虫弹跳和翻转运动机理分析、柔性弹跳翻转一体化机构的构型设计、复合运动序列规划控制等核心基础技术研究，研制了一套仿蝗虫跳跃机器人原理样机，验证和完善了弹跳运动机理与基础技术。. （1）建立了仿蝗虫四连杆刚体弹跳机构模型，揭示了起跳阶段蝗虫后腿的关节运动协调性、起跳姿态序列等自然运动模式的优越性和合理性，以及蝗虫起跳的驱动力规律。观测了蝗虫后腿结构和起跳运动过程，分析了蝗虫起跳角度、起跳姿态等的运动学特征，以及模型的动力学特征，计算得出了关节力矩和起跳地面作用力的变化。. （2）建立了两柔杆-三刚杆的仿蝗虫刚柔混合弹跳动力学模型，证明了仿生刚柔混合模型的运动特征相比刚性机构更符合蝗虫弹跳的运动特点，从刚柔混合动力学角度进一步揭示了蝗虫的刚柔混合弹跳运动机理，为仿蝗虫跳跃刚柔混合弹跳机构设计奠定了理论基础。. （3）设计了仿生弹跳翻转一体化机构；应用三角重心理论，分析了机器人翻转的原理和翻转过程；并提出了复合运动控制算法；基于小型化和轻量化原则，以AVR单片机为核心设计了运动控制模块和传感器信息采集模块的硬件电路，并在其基础上设计了上位机和控制底层的软件系统，开发了仿生弹跳机器人的控制系统。. （4）研制了仿生移动弹跳机器人原理样机。在草丛、沙地等环境下进行直线移动、转向、移动越障、弹跳越障以及姿态翻转恢复等运动实验。实验结果表明该样机具有弹跳能力高、着陆冲击小和姿态翻转的调整恢复功能，达到了项目计划书规定的预期指标。. 本项研究从机构学角度进一步揭示了蝗虫的弹跳和翻转运动机理，为设计高效实用的仿蝗虫柔性跳跃机器人提供理论依据和技术支撑。