《基於蝗蟲槓桿—彈射跳躍機理的仿生微跳躍機構研究》是依託浙江大學，由陳子辰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於蝗蟲槓桿—彈射跳躍機理的仿生微跳躍機構研究
- 外文名：Research on Bionic micro-jumping mechanism based on mechanism of ejection jumping of locust lever
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：陳子辰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目通過研究蝗蟲槓桿-彈射跳躍及翻身位姿調節運動機理，提出一種仿生微跳躍機構的設計新思路；仿生蝗蟲足掌的獨特生物構造及與地面的柔性接觸模式，進行仿生微跳躍機構著陸緩衝裝置的設計，並基於剛/彈性接觸理論，研究該仿生微跳躍機構著陸接觸碰撞發生階段的剛/柔耦合多體力學模型；針對傳統的零力矩點（ZMP）運動穩定性理論難以揭示仿生機器人跳躍、翻身位姿調節等複雜運動的規律，從跳躍運動軌跡的角度，研究該仿生微跳躍機構運動全周期過程的實時穩定性；基於中樞模式發生器（CPG）及多感測信息融合技術，研究該仿生微跳躍機構的跳躍運動控制系統，並引入高層調節機制及反饋控制，研究其跳躍運動與翻身位姿調節運動間不同運動方式的轉換模型。項目研究成果對目前正在開展的探月工程等外星際探測機器人，以及重大自然災害下的探測、偵查、反恐機器人開發具有重要的研究價值和科學意義。
結題摘要
本項目主要以微跳躍機器人為研究對象，開展了蝗蟲跳躍機理及其仿生跳躍機構運動學和動力學的研究。本項目完成的主要工作及取得的主要成果如下：（1）搭建了蝗蟲跳躍運動試驗測試平台，研究了蝗蟲的跳躍機理。基於高速攝像技術和圖像分析方法，獲取了蝗蟲起跳階段跳躍足與身體的運動特徵，提取相應的幾何與運動參數，用於研究蝗蟲起跳階段的運動過程和運動仿生方法；（2）建立了平面剛體模型，深入研究了蝗蟲彈射跳躍機理。針對起跳階段蝗蟲跳躍足的多桿式跳躍結構，建立了平面剛體模型，利用平面剛體模型和提取的幾何與運動參數，得到了描述蝗蟲起跳階段彈射跳躍的運動學和動力學表達式；（3）研究了基於多桿式結構的仿生彈射技術。利用蝗蟲彈射跳躍運動方式具有的高能量利用率和高跳躍性能，參考蝗蟲跳躍腿的多桿式構造和彈射跳躍研究結果，進行了基於多桿式驅動結構的仿生彈射技術研究，採用六桿式結構有效仿生了蝗蟲非線性彈射跳躍運動；（4）提出了基於多桿式結構的仿生彈射機構，並進行了整機的最佳化研究。參考多桿式結構彈射技術研究結果，進行仿生跳躍機構的多桿式跳躍足、驅動構件、儲能構件和整機結構的設計、性能最佳化的研究；（5）完成了樣機的製作裝配，研究了樣機的彈射性能，驗證了樣機的仿生相似性。利用仿生跳躍機構的設計最佳化結果，加工製作了仿蝗蟲跳躍機構樣機，並通過高速攝像技術，進行了樣機的實驗測試和動力學分析，對比研究了樣機與蝗蟲起跳階段的彈射跳躍相似性；（6）研究了蝗蟲的復位機理，提出了仿生復位策略和復位機構。利用高速攝像技術對蝗蟲的復位特性研究，表明蝗蟲具備主被動相耦合的復位機理，仿生蝗蟲復位機理，提出了主被動耦合的復位策略以及基於主被動耦合復位策略的復位機構；（7）完成了復位機構的最佳化設計和實驗驗證。建立了基於ZMP的復位穩定判斷準則，分析了主動復位構件對樣機跳躍性能的影響，進行了主動復位構件的最佳化，利用高速攝像機理，測試了具備復位功能樣機的復位性能，結果表明仿生蝗蟲主被動耦合的復位策略在多桿式彈射跳躍機構中能實現穩定復位。本項目研究成果將對蝗蟲跳躍及復位機理的研究、仿生微跳躍機器人技術等方面的研究具有重要的理論指導和實際套用價值。項目研究過程共培養了博士後1名，博士生2名，碩士生2名，本科生4名；共發表或投稿論文5篇（其中，2篇已正式發表），其中SCI檢索論文1篇；共申請國家專利10項，其中，國家發明專利5項（3項已獲正式授權）。
