基于燃爆驱动的仿蛙软体跳跃机器人关键技术研究

发布时间：2020-09-11 17:31

【摘要】：目前的仿青蛙跳跃机器人大多是用电机或气动肌肉驱动的,这种驱动方式决定了其体形庞大,质量也比较重,而且机器人的结构也相对复杂,因此很难实现仿青蛙机器人的灵活跳跃能力。随着化学燃料爆炸驱动技术的快速发展,机器人的能源供给方式得以变得更加小型化、清洁化、便捷化,因此研制一种小型化,甚至接近于生物青蛙尺寸大小的软体仿青蛙机器人已经变得可行,结合软体材料的柔性强、重量轻、适应能力强的特点以及化学燃爆驱动的高能量密度、高爆发力的特性,基于爆炸驱动的软体仿青蛙跳跃机器人,有助于实现仿青蛙跳跃机器人结构的紧凑化、体积的小型化和质量的轻量化,有利于青蛙机器人的灵活跳跃。首先,对机载燃爆气体发生装置进行了研究。机载燃爆气体发生装置是一种高度集成化的小型气体发生装置,用于燃爆机器人的燃料和助燃剂气体的发生于混合。根据金属氢化物三氢化铝在加热时的释氢行为规律以及高锰酸钾在加热时的释氧规律,设计分三氢化铝及高锰酸钾固体粉末的小型化机载加热分解装置,并将其集成到机载燃爆气体发生装置之中。机载燃爆气体发生装置另外也包含了供气气路系统,可以控制输出到软体燃爆容腔的氢气和氧气的体积和配比。其次,设计了用于燃爆机器人的点火系统。点火系统用来点燃料和助燃剂的混合气体,是燃爆机器人的重要元件之一。本文设计了一种小型化、高效率、低延时的点火系统,既能迅速的点燃混合气体,并且能精准控制燃爆的时间,而且结构紧凑,体积小重量轻,有效的降低机器人的自身重量。另外,还可以同时控制多路点火头点火,可以满足多腔体燃爆机器人的要求。最后,融合前期的各项技术储备,结合软体仿青蛙机器人的相关结构参数,研制软体仿青蛙机器人燃爆驱动单元。燃爆驱动具有能量密度高,爆发性强的特点,结合软体材料的性能,设计合理的软体燃爆驱动单元的结构。并对其进行实验分析,验证设计的合理性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

1-1 三足燃爆驱动软体机器人[4]图 1-2 软体爆炸跳跃机器人结构组成佛大学在 2015 年研制的第三代基于燃爆驱动的软体跳跃机器人[6]的紧凑。第三代的软体跳跃机器人主要由燃爆驱动执行机构、气动腿器以及机器人外部防护罩组成，如图 1-3 所示。此燃爆机器人以丁烷，氧气作为助燃剂进行燃爆，为运动执行机构提供能量，从而实现跳跃前，通过对气动腿的充气进行机器人姿态的调整，可以对机器控制，从而控制跳跃的方向。第三代跳跃机器人的跳跃高度可达 0.高度的 6 倍，机器人横向跳跃的距离可达 0.15m。机器人本体的制技术，以复合材料作为原料，使得机器人机构主题材料的弹性模量变化，变化范围跨越了三个数量级。这种技术使得机器人的本体行性的梯度形式变化，从而非常有效地降低了机器人在跳跃运动后着击力，解决了软体机器人在设计时的软体柔性组件和刚性部件之间题。

1-1 三足燃爆驱动软体机器人[4]图 1-2 软体爆炸跳跃机器人结构组成佛大学在 2015 年研制的第三代基于燃爆驱动的软体跳跃机器人[6]的紧凑。第三代的软体跳跃机器人主要由燃爆驱动执行机构、气动腿器以及机器人外部防护罩组成，如图 1-3 所示。此燃爆机器人以丁烷，氧气作为助燃剂进行燃爆，为运动执行机构提供能量，从而实现跳跃前，通过对气动腿的充气进行机器人姿态的调整，可以对机器控制，从而控制跳跃的方向。第三代跳跃机器人的跳跃高度可达 0.高度的 6 倍，机器人横向跳跃的距离可达 0.15m。机器人本体的制技术，以复合材料作为原料，使得机器人机构主题材料的弹性模量变化，变化范围跨越了三个数量级。这种技术使得机器人的本体行性的梯度形式变化，从而非常有效地降低了机器人在跳跃运动后着击力，解决了软体机器人在设计时的软体柔性组件和刚性部件之间题。

-1 三足燃爆驱动软体机器人[4]图 1-2 软体爆炸跳跃机器人结构组成[5大学在 2015 年研制的第三代基于燃爆驱动的软体跳跃机器人[6]的凑。第三代的软体跳跃机器人主要由燃爆驱动执行机构、气动腿、以及机器人外部防护罩组成，如图 1-3 所示。此燃爆机器人以丁烷氧气作为助燃剂进行燃爆，为运动执行机构提供能量，从而实现跳跃前，通过对气动腿的充气进行机器人姿态的调整，可以对机器人制，从而控制跳跃的方向。第三代跳跃机器人的跳跃高度可达 0.76度的 6 倍，机器人横向跳跃的距离可达 0.15m。机器人本体的制术，以复合材料作为原料，使得机器人机构主题材料的弹性模量化，变化范围跨越了三个数量级。这种技术使得机器人的本体行程的梯度形式变化，从而非常有效地降低了机器人在跳跃运动后着陆力，解决了软体机器人在设计时的软体柔性组件和刚性部件之间的。

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本文编号：2816970