机械系毕业答辩-气动弹跳机器人的设计

气动弹跳机器人的设计姓名：李阳指导老师：胡玉生课题概述本项目以间歇性跳跃式机器人为研究对象，设计制作了用双轮作为机器人移动方式，依托压缩空气的动力机构来实现跳跃运动既能跳跃又能行走的弹跳机器人。该机器人由市面已经成熟模块化的电机驱动模块、传感器模块、单片机模块、以及气缸、电磁阀等组成。此机器人体积小，运动灵活，跳跃高度可控，有良好的生存能力，能适应各种复杂地形。搭载各种传感器、设备即可自主行动，从而应用于灾后搜救，军事侦察，危险操作等领域，具有极高的应用前景。应用场合研究思路归纳汇总各方资料，分类介绍了弹跳机器人的跳跃方式，然后对其进行了比较分析。介绍了跳跃式机器人的研究起源、研究现状和发展趋势。归纳弹跳机器人的设计要求，提出多种的设计方案，在多个方案对比之下，选择确定最优方案。根据设计要求选择各功能模块器件，了解各组成模块的原理、功能。根据实体模型，调试跳跃机器人弹跳及避障性能。总结提出机器人跳跃高度与气缸气压的关系，影响跳跃的其他因素。最后对本文进行总结，根据弹跳机器人发展趋势，提出下一步需要进行的工作。是什么为什么

怎么办

想一想弹跳机器人的分类1.间隙性跳跃式机器人：作间隙性跳跃运动，一次跳跃结束后，需要短暂的时间在地面进行位姿调整、能量存储和地形预测等动作，为再次跳跃作准备。2.连续性跳跃式机器人：作连续性跳跃运动，足部触地后在极短时间内再次跳跃，机体的能量补充、姿态调整、起跳参数设置和着落点预测都是动态完成。国内外弹跳机器人的构建方法仿生：利用仿生学原理来构建类似于生物体运动方式的机器人。弹性构件：利用特定机械元器件或机构产生的弹力来实现跳跃。柔性机构：一种依靠构件自身弹性变形来输出能量的新型跳跃式机器人。爆炸和气体冲击：利用内燃气缸或高速喷出的燃气作动力来实现跳跃运动。由此提出的设计要求1. 整个机器人的尺寸控制在20×20×20(cm)范围内。2. 地面运动具备自我判断能力，有一定的避障与行进路线控制能力。3.

采用尽可能少的电机实现较灵活且自主的运动。4. 机器人腾空阶段平衡不加控制，由机体质量分布均匀来保证其基本平衡。5. 机器人跳跃落地后，依靠重心分布实现姿态恢复。6. 跳跃动作的高效合理实现，且能多次跳跃。7. 本着节省能量的考虑，要求尽量和其它运动方式相结合，如移动、滚动或爬行。小灵稳

省根据要求选择方案综合考虑下，采用气缸跳跃方案。使用一个储存压缩空气的气瓶，以及一个用来释放部分储存的压缩空气来提供推力的微型气缸。地面平动由位于机器人两侧由电机控制的两个圆形薄轮和后面的一个跟随稳定辅助小轮支撑，从而实现机器人的地面移动。机器人在前进探索调整过程中探测正前方的障碍物，传感器测量障碍物的高度，结合小车行走的车速和自身重量，通过单片机计算需要多少垂直推力，由气阀开关控制塑料气瓶气体向气缸释放计算量控制下的压缩空气，使气缸向机器人提供垂直向上的推力，完成跳跃。弹跳机器人的模块构成储气的可乐瓶

PCB轮子气缸HT66F50单片机红外传感器前置传感器

电磁阀升压电路模块日本SMC气缸气缸擅长作往复直线运动，而且，仅仅调节安装在气缸左侧的单向节流阀就可简单地实现稳定的速度控制，简单，高效，这是我们选择气缸驱动系统的最大原因。本机器人采用日本SMC气缸。气缸型号：CDJ2B16-100-A最大承压：0.7MPa缸径：16（mm）重量0.09KGArduino50A双路直流有刷电机全桥驱动模块选择该模块的原因：1.专为智能小车设计2.双路控制3.制动明显，防止碰撞控制定义：电机正转

EN＝1，RPWM＝PWM，LPWM＝1，DIS＝悬空电机反转

EN＝1，RPWM＝1，LPWM＝PWM，DIS＝悬空停车刹车

EN＝1，RPWM＝1，LPWM＝1，DIS＝悬空停车不刹车

EN＝0，RPWM＝1，LPWM＝1，DIS＝悬空禁止使用

EN＝X，RPWM＝X，LPWM＝X，DIS＝1红外传感器模块实体调试时，我们采用如下方法：第一步：将传感器对着被测物体。第二步：将502可调电阻逆时针调节到尽。第三步：将103可调电阻慢慢的旋转，直到我们找到一个点使LED灯亮。最后微调这两个可调电阻直到最佳。盛群HT66F50单片机内部看门狗定时器、低电压复位内建完整的系统振荡器，无需外围元器件。单片机模块外接积分型复位电路。用于单片机复位。实际设计中，没有用到复位电路。组装阶段应用TRIZ创新理论来讲，我们使用的方法是第35条：合并。释义：合并同类物体或相邻物体的操作。调试阶段接通电源，单片机复位，红外传感器检测周围环境，将信号传给单片机，使单片机准确控制车子行走。当传感器检测到前方的障碍物离车子10cm，且高度小于设定高度H时，单片机通过控制电磁阀，使车子执行跳跃，避开障碍物。当传感器检测到前方的障碍物离车子10cm，且高度大于设定高度H时,转弯后，直走，避免直接撞墙。成品展示成品性能小车实际尺寸：

159×198×184(mm)越障最大高度440mm能多次跳跃。机体质量分布来保证其基本平衡。机器人跳跃落地后，依靠重心分布实现姿态恢复。双电机实现地面运动。地面运动具备自我判断能力，有一定的避障与行进路线控制能力。比赛现场录像文档大小限制，欠奉。研究展望更加微型，精确，智能化跳跃运动与更多运动方式的有效结合。更加成熟的运动控制系统与视觉系统。结合“分布机器人学”研发多个机器人一起协同工作的系统。致谢感谢胡老师提供优秀的课题，并帮助我们研究制作，为我们指引了清晰的方向。感谢团队的其他成员，有了他们的一起辛苦努力，才能最终完成课题。感谢学院多年的培养，感谢系创新实验室支持我们反