开题报告-弹跳机器人设计、多功能升降器设计、多功能担架车设计.doc

地震搜救机器人与多功能升降器 开题报告 班 级（学 号）：机0606（306010631） 姓 名： 张 威 指导教师： 王科社 教授 一、综述 地震搜救机器人 1 引言 机器人的运动灵活性问题正日益受到关注，面对恶劣的环境、复杂的地形和危险地带时，要求机器人具有很强的自主运动能力及生存能力。目前对自主式移动机器人的研究主要以轮式或履带式的机器人和仿生的爬行或步行方式的机器人为主。而轮式或履带式机器人只能在相对平坦的地势下工作，一旦遇到凹凸不平的地形其运动将受到很大限制。步行或爬行机器人自由度多，控制复杂，运动缓慢，遇到障碍物时同样无能为力。 机器人在实际应用时，很多时候要求其具备弹跳装置以便跃过障碍物或沟渠。而多轮驱动以及爬行机器人无法满足这种要求，因此迫切需要研制一个具有穿越建筑物楼梯、碎石甚至森林和沙漠的弹跳式微型机器人，从而大大提高机器人的活动范围，而且弹跳运动的突然性与爆发性有助于机器人躲避危险，并且由于各星球间重力加速度的差别，使弹跳式机器人在星际探险中也能发挥重大作用，另外在考古探测、军事侦察、反恐活动中也能更好地发挥作用。 2 国内外弹跳式机器人发展现状 美国的科学家发明了一个会跳跃的机器人，可以跳到高达20英尺，比目前的机器人更加机动和灵活。 山迪亚国家实验室的史宾沙博士指出，目前的机器人是利用车轮走动，不能够跳跃，他们设计的机器人，是利用一个内燃机推动的活塞，像草蜢一样，可以跳跃高达10―20英尺。如图1所示，是科学家示范机器人跳跃的情况。史宾沙博士解释说，机器人是使用碳化氢燃料推动，这种燃料的推动力比电池强大得多，机器人跳跃4000次、 移动超过5里路程，只消耗20g的碳化氢燃料。机器人在泥沙和沙滩行走，也可以活动自如。科学家正研究让机器人完成一些困难的任务，如清理地雷，甚至帮助太空人在星球上工作等。 图1 跳跃的机器人 美国加利福尼亚大学也研究出具有弹跳能力的机器人。图2为第一代单脚跳跃机器人。这个机器人的运动形式优于传统的轮式和腿式运动。 它利用跳跃和旋转完成运动和摄像，并且安装有摄像头作为视觉传感器，安装有微处理器和无线调制解调器来接收和自动执行一系列复杂任务。这个机器人的特点是用一个电机来控制跳跃方向和固定摄像头。实验表明它能跳跃高达800mm，但是跳跃方向的控制欠佳，当前和今后的任务是提高弹跳装置的效率，在平滑地面上更好地完成弹跳功能和向微型化发展。图3为第二代蛙形跳跃机器人。这个小型的跳跃机器人能够在火星或其它重力适合的星球上执行探险任务，用一个电机来控制跳跃和指导操作。具有强大推进力的新颖联接提高了系统的效率。对于星际探险，跳跃装置的小型化优于轮式和腿式运动。 图2 第一代单脚跳跃机器人 图3 第二代蛙形跳跃机器人 美国明尼阿波利斯明尼苏达大学的研究员尼古斯·古洛波洛斯和他的同事研制出一种可以跳上楼梯和搜查危险建筑物内部的微型机器人。如图4所示，这种机器人形状、大小和一卷卫生纸差不多，直径只有40mm，它可以跳跃。滚动和停下来，并通过无线电和其他“侦察兵”联系。跳跃是由安装在机器人腿内的一个能突然释放弹力的弹簧机构产生的，它和人用一条腿跳动时的情况差不多，当腿突然冲击地面时，冲力就使人弹跳起来。因此这种机器人可以登楼梯，也可以跳过小的障碍物。机器人还有两个独立的轮子帮助机器人在需要时滚到一定的位置。每个机器人侦察兵都有一个很小的传感器，并有一个可以突然从体内弹出的电视摄像机，摄像机既能左右摆动也能上下俯仰，因此可以拍摄周围的全景；另一些侦察兵还配备有小的振动器和麦克风。这种机器人可用于城市战争或帮助警察挫败处于包围之中的劫持人质的恐怖分子，当然老百姓也可以用它们收集情报。 除美国外，日本目前也有一些机构进行弹跳机器人的研究。日本索尼公司最近推出一款名为Qrio的新型机器人，如图5所示，它不仅能行走自如，而且能跑能跳。为了确保机器人在运动时的身体平衡，传统的人形机器人都是至少有一只脚接触地面。索尼公司研制者研究出一种控制机器人新方法，现在Qrio机器人已学会两脚都离开地面一瞬间的移动。从技术角度来看，跑步就必须使双脚在某一瞬间同时离开地面，为了做到这一点，索尼公司设计者花费很长时间研制成一种新的运动传动机构进一步完善Qrio机器人四肢的控制系统，最终使机器人具有了跑步和跳跃功能。机器人具有沿阶梯、摇晃平面和凹凸不平地面行走的能力，如果机器人不小心跌倒了，它会使损伤减低到最小程度。在跌倒之后，Qrio机器人会对当时的情况作判断，并很快站起来。除了行走和跑步之外Qrio机器人还能像棒球手那样将手中的球远远地投掷出去，还能跳传统的日本舞蹈。 图4 微型机器人 图5 Qrio的新型机器人 另外，东方工大研发出