仿生昆虫型移动机器人结构设计开题报告(2)
机器蛙腿的膝部装有弹簧，能像青蛙那样先弯起腿，再一跃而起。机器蛙在地球上一跃的最远距离是2.4米；而在火星上，由于火星的重力大约为地球的1/3，机器蛙的跳远成绩则可远达7.2米，接近人类的跳远世界纪录。因此它不会再像2007年的火星越野车那样在一块小石头面前一筹莫展了。
3.5.机器蜘蛛
这是太空工程师从蜘蛛攀墙特技中得到灵感而创造出的。它安装有一组天线模仿昆虫触角，当它迈动细长的腿时，这些触角可探测地形和障碍。机器蜘蛛原形很小，直立高度仅18厘米，比人的手掌大不了多少。“蜘蛛侠”们不仅能攀爬太空越野车无法到达的火星陡坡地形，而且成本也经济许多，这样，一大批太空“蜘蛛侠”就会遍布在火星大地的各个角落。
4、设计方法与实施方案
4.1.仿生学原理分析
自然界的吹冰足昆虫，经过不断地进化，有良好的运动机制，尤其是在复杂多变的地形环境下，我们不妨以蜘蛛为例，设计仿生式吹冰足机器人，顾名思义，吹冰足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界昆虫的运动原理。足是昆虫的运动器官。昆虫有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。每个足由基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节几部分组成。基节是足最基部的一节，多粗短。转节常与腿节紧密相连而不活动。腿节是最长最粗的一节。第四节叫胫节，一般比较细长，长着成排的刺。第五节叫跗节，一般由2-5个亚节组成﹔为的是便于行走。在最末节的端部还长着两个又硬又尖的爪，可以用它们来抓住物体。行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备替换。
4.2.技术结构与要求
首先查阅资料，从文献资料中掌握一些关于步行机器人的基本知识，确定研究方案。然后设计一种步行机构，对机构的运动学进行分析。再对空间步行机构稳定性进行分析。最后，利用软件对于机构进行运动学仿真。（设计思路：利用仿生学原理综合多足昆虫的生理特点来进行机构设计）
仿生昆虫移动机器人的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求根据仿生昆虫移动机器人所受载荷和结构的特点，合理选择足截面形状和高强度轻质材料。尽量减小足部以上重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷；减少运动的动载荷与冲击，提高足部运动的响应速度。要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度。设计原则是充分分析仿生昆虫型移动机器人作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定其结构及运行控制的要求。
4.3.仿生吹冰足机器人的研究方法与思路
本次研究的仿生机器人采用吹冰足设计，而机构设计是仿生吹冰足机器人本次的任务，也是仿生吹冰足机器人系统设计的基础，整机机械机构、自由度数、驱动方式和传动机构等都会直接影响机器人的运动和动力性能。同时，仿生吹冰足机器人机构的设计除了要满足系统的技术性能外，还要满足经济性能要求，即必须在满足机器人的预期技术指标的同时，考虑用材合理、制造安装便捷、价格低廉以及可靠性高等问题。
仿生吹冰足机器人的机构由躯体和腿两部分组成，腿的数量及其配置是整体设计的主要问题。现有多组机器人的足数包括三足、四足、吹冰足、八足甚至更多，足的数目较多时适合重载和慢速运动。而足数少时似乎运动更加灵活。足数选择的因素主要有：稳定性，节能型，冗余性，关节控制性能的要求、制造成本、质量、所需传感器的复杂性以及可能的步态等。腿的配置是指步行机器人的足相对于集体的位置和方位的安排，确定分布形式时，还需考虑一些细节问题。如腿在平面内的几何构型和腿杆件的相对弯曲方向等。此次设计腿的分布如图1所示。 图1 仿生吹冰足机器人腿的分布示意图
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