小型兩輪彈跳機器人的研究.pdf

1、彈跳機器人可以躍過數(shù)倍甚至數(shù)十倍于自身尺寸的障礙物或溝渠，同時彈跳運動的突然性與爆發(fā)性有助于機器人躲避危險，與原有運動方式結(jié)合可以極大地提高機器人的活動范圍和生存能力，擴大機器人的應用領(lǐng)域。本文首先提出并研制了一種具有輪式移動能力的小型彈跳機器人。機器人本體結(jié)構(gòu)主要由左、右驅(qū)動輪組件和彈跳組件構(gòu)成。綜合國內(nèi)外彈跳機構(gòu)研究現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有彈跳機器人實現(xiàn)方案的基礎(chǔ)上，對比六桿機構(gòu)設(shè)計一種新穎彈跳組件，采用五桿彈簧機構(gòu)儲存能量，采用單向軸承與棘

2、輪棘爪配合實現(xiàn)電機行程分配和單向驅(qū)動，采用雙缺齒齒輪實現(xiàn)能量任意點鎖定與釋放。驅(qū)動輪組件采用直流伺服電機加減速器方式驅(qū)動。該兩輪彈跳機器人具有輪式移動與彈跳運動兩種相對解耦的運動方式。本文首先在笛卡爾坐標系下建立了機器人輪式移動的運動學和動力學模型。然后，通過分析五桿彈簧儲能機構(gòu)的特性，提出機器人彈跳運動的非線性彈簧—單質(zhì)量模型，推導模型在各階段的質(zhì)心運動規(guī)律，得到機器人的起跳判據(jù)并進一步分析機器人的靜態(tài)穩(wěn)定性問題。最后對機器人的輪式和

3、彈跳兩種運動模式進行了仿真分析。研制了小型兩輪彈跳機器人的嵌入式控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由上位機、無線通訊單元、主控模塊、電機驅(qū)動模塊、多傳感器信息采集模塊和圖像采集發(fā)送模塊組成。以ARM芯片LPC2294為核心設(shè)計了主控模塊和多傳感器信息采集模塊單元硬件電路；在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計了上位機和控制底層的軟件系統(tǒng)。該嵌入式控制系統(tǒng)能夠控制機器人完成輪式移動、彈跳、視頻采集以及機器人與上位機之間無線通訊等功能。最后，搭建了小型兩輪彈跳機器人的試驗系