具有弹跳功能的机器人单腿的设计大学生科技活动项目资助申请书.docVIP

*** 大学生科技活动项目资助申请书 项目名称 具有弹跳功能的机器人单腿的设计 项目类别 ： □科研攻关 ?基础研究 申请人 **** 所在单位 郑州轻工业学院 指导教师： **** 职 称 教授 填报时间 2014.12.08 校大学生科技活动领导小组办公室 项 目 概 况 项目名称 具有弹跳功能的机器人单腿的设计 预期成果形式 论文论著 □ 研究报告 □ 新产品 □ 鉴定成果 □ 专利 □ 申请经费 （元） 10000 项目主要参加人员概况 姓名 性别 出生年月 专业 班级 *** 男 * 机械工程 14级 *** 男 * 机械工程 13级 **** 男 * 机械工程 14级 *** 男 * 机械工程 12级 注：学生限报5人 项目简介（300字）（简要说明申请项目的意义、研究内容及预期目标） 本项目研究的具有弹跳功能的机器人单腿，在现有对具有弹跳性能的单腿机器人研究的基础上，对具有弹跳功能的四足机器人各腿部结构等进行研究。通过在每条腿上设置弹跳储能结构单元，使机器人初步具备弹跳功能，以提高机器人的仿生与跳跃性能，提高机器人的越障与适应环境的能力。 （一）申请项目的依据和意义（国内外相关领域的研究现状及发展趋势，开展此项研究的必要性）： 1、选题意义 目前，机器人已经在很多方面获得成功应用。特别是机器人能够代替人类在一些非结构性环境中作业，在军事、星球表面探测、核工业等方面有着非常广阔的应用前景。多足步行机器人在非结构环境下工作，要求具有复杂操作功能及高机动性。而限于机器人研究水平，现有的多足步行机器人通常是作为一种单纯的移动平台，很难在非结构性环境中实现稳定精确的运动。 我国非常重视高性能四足仿生机器人的开发。国家863计划先进制造领域于2010年发布了“高性能四足仿生机器人”主题项目指南，吹响了“十二五”期间我国高性能四足机器人技术攻关的号角。与国际同行相比，我国高性能四足机器人的研究和开发还处于起步阶段。围绕我国开发高性能四足仿生机器人的总体目标，本项目提出对具有储能功能的变机体模块化四足仿生机器人构型进行研究，以丰富四足步行机器人的运动构型，提高步行机器人的运动性能。 目前的多足仿生步行机器人，其机动性不好，对环境的适应性不够，越障能力较弱，运动步态的模式较有限。比较典型的，仿生步行机器人实现对沟壑、障碍的跳跃就比较困难。为提高仿生步行机器人的运动性能，国内外学者开展了具有弹跳性能的仿生机器人研究。但对有弹跳性能的仿生机器人研究多从单腿系统开始。本项目研究的具有储能功能的变机体模块化四足仿生机器人，在现有对具有弹跳性能的单腿机器人研究的基础上，对具有弹跳功能的四足机器人各腿部结构等进行研究。通过在每条腿上设置弹跳储能结构单元，使机器人初步具备弹跳功能，以提高机器人的仿生与跳跃性能，提高机器人的越障与适应环境的能力。 2、国内外研究现状 目前，很多学者针对特定环境、特定任务的各类构型机器人的机构综合、运动学与动力学建模问题开展了许多富有成效的研究，解决了很多科学技术问题，推动了机器人技术的进步，具体包括： （1）单腿跳跃机器人 麻省理工学院Raibert等人研制了单腿跳跃机器人之后，GarthZeglin等人利用弹性弓形腿，通过拉伸绳索机构使弓形腿弯曲并驱动钢板弹簧变形存储能量，当弓形腿弯曲到一定程度时会自动释放绳索，释放能量的同时弓形腿弹回原来的形状，在地面反弹力的作用下实现跳跃，但该机构具有一定的缺陷，即只能在二维平面内运动。 2002年，日本的Hvon教授设计了能够跳跃的单足机器人，模仿狗的后腿, 运用一个弹簧作为肌腱。通过弹簧提供推动力实现跳跃，并利用肌腱作为落地后的缓冲装置。实验表明，该机构具有一定的跑步和跳跃性能。 （2）国内跳跃机器人研究 西北工业大学的葛文杰课题组近年来在跳跃机器人方面的研究取得了一些进展。该课题组设计的跳跃机器人采用非对称式齿轮六杆机构作为跳跃腿，通过丝杠传动拉伸弹簧。该机器人总质量为620g，跳跃高度为30-45cm。随后该课题组对上述机器人进行改进，采用齿轮五杆机构作为跳跃腿部机构，并添加姿态调整装置，该机构跳跃高度为20cm。 哈工大赵杰课题组的王猛等人在研究青蛙跳跃的基础上采用齿轮五杆机构作为机器人的跳跃腿，前肢含有一个被动自由度，采用伺服电机控制前肢的运动，使其在起跳阶段可以进行姿态调整，并且落地时具有一定的缓冲功能。该机器人长25 cm，宽18cm，高6cm，质量约为2.2 kg 。该机器人跳跃高度约为34.5 cm。 3、发展趋势 四足步行机器人作为足式机器人的重要组成部分，近年来，各工业发达国家都将其作为具有战略意义的