本项目的设计主题基于第十一届全国大学生机械创新设计大赛的主题:“以提高仿生机械运动性能为目标的‘仿生青蛙’”。大赛要求项目的关注点是仿青蛙的跳跃运动,具体要求如下:
(1)仿生青蛙须有明确的青蛙外形,设计重点是仿青蛙的跳跃运动
(2)其静态尺寸(长×宽×高)不超过0.1m× 0.1m× 0.1m
(3)跳跃变形后尺寸不超过0.2m× 0.1m× 0.1m
(4)使用电池作为原始能源,电池电压不超过24V
(5)作品总质量不超过4kg
(6)比赛前不准预先存储机械能。
由于比赛要求仿生青蛙的跳跃距离,因此本项目的目标是制造一个跳跃距离尽可能长的仿生青蛙机器人。
仿生跳跃青蛙的主要设计目标是能够克服严峻的地面环境,在任意情况下实现有效地跳跃,以完成地形跃障。为此,我们基于比赛要求和实际青蛙的大小:首先约束仿生青蛙的设计体积在10*10*10cm范围内尽可能简化结构,随后能够在无外力干涉下实现自主周期性蓄力、释放并跳跃,并最终使用缓冲结构降低冲击力,平稳落地。
仿生青蛙的主要功能如下:
(1)蓄力跳跃:
利用弹簧、皮筋等蓄力结构,在舵机的帮助下拉伸蓄力;当完成弹性势能的储存后,舵机进一步旋转,将已有的弹性势能释放、转换为仿生青蛙的跳跃动能。
(2)缓冲落地:
当仿生青蛙成功跃起后,为了保证其能够重复使用。我们也需要控制仿生青蛙平稳落地、减少落地冲击的影响。为此,我们要设计出有效的缓冲机构,当青蛙从空中落地时,一方面可以尽可能地降低冲击力对仿生青蛙整体的影响,防止寿命过短、机构散架;另外一方面,也能借助缓冲落地机构的辅助实现落地姿态的调整。
本组通过远程操控舵机旋转单向轴承实现橡皮筋的拉伸与还原模拟青蛙腿部肌肉的绷紧与放松,实现机器人的跳跃功能。预期在军事运输灾区救援等地形复杂场合发挥功效等功能。有以下几个创新点:
可借助蓝牙模块远程操控;
可在无人干涉条件下重复蓄力起跳;
内部运动带动整体,不受地形影响;
结构稳定,前腿板簧可以缓冲下落冲击;
体型不超1dm3,可在微小复杂地形工作。