大學(xué)生科技活動項目資助申請書Word版

1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！*大學(xué)生科技活動項目資助申請書項目名稱 具有彈跳功能的機器人單腿的設(shè)計 項目類別 ： 科研攻關(guān) R基礎(chǔ)研究申請人 * 所在單位 鄭州輕工業(yè)學(xué)院指導(dǎo)教師： * 職 稱 教授 填報時間 2014.12.08 校大學(xué)生科技活動領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室項目概況項目名稱具有彈跳功能的機器人單腿的設(shè)計預(yù)期成果形式論文論著 研究報告 新產(chǎn)品 鑒定成果 專利 申請經(jīng)費（元）10000項目主要參加人員概況姓名性別出生年月專業(yè)班級*男*機械工程14級*男*機械工程13級*男*機械工程14級*男*機械工程12級注：學(xué)生限報5人項目簡介（300字）（簡要說明申請項目的意義、

2、研究內(nèi)容及預(yù)期目標）本項目研究的具有彈跳功能的機器人單腿，在現(xiàn)有對具有彈跳性能的單腿機器人研究的基礎(chǔ)上，對具有彈跳功能的四足機器人各腿部結(jié)構(gòu)等進行研究。通過在每條腿上設(shè)置彈跳儲能結(jié)構(gòu)單元，使機器人初步具備彈跳功能，以提高機器人的仿生與跳躍性能，提高機器人的越障與適應(yīng)環(huán)境的能力。（一）申請項目的依據(jù)和意義（國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，開展此項研究的必要性）：1、選題意義目前，機器人已經(jīng)在很多方面獲得成功應(yīng)用。特別是機器人能夠代替人類在一些非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中作業(yè)，在軍事、星球表面探測、核工業(yè)等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。多足步行機器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作，要求具有復(fù)雜操作功能及高機動性。而限于機

3、器人研究水平，現(xiàn)有的多足步行機器人通常是作為一種單純的移動平臺，很難在非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)定精確的運動。我國非常重視高性能四足仿生機器人的開發(fā)。國家863計劃先進制造領(lǐng)域于2010年發(fā)布了“高性能四足仿生機器人”主題項目指南，吹響了“十二五”期間我國高性能四足機器人技術(shù)攻關(guān)的號角。與國際同行相比，我國高性能四足機器人的研究和開發(fā)還處于起步階段。圍繞我國開發(fā)高性能四足仿生機器人的總體目標，本項目提出對具有儲能功能的變機體模塊化四足仿生機器人構(gòu)型進行研究，以豐富四足步行機器人的運動構(gòu)型，提高步行機器人的運動性能。目前的多足仿生步行機器人，其機動性不好，對環(huán)境的適應(yīng)性不夠，越障能力較弱，運動步態(tài)的模

4、式較有限。比較典型的，仿生步行機器人實現(xiàn)對溝壑、障礙的跳躍就比較困難。為提高仿生步行機器人的運動性能，國內(nèi)外學(xué)者開展了具有彈跳性能的仿生機器人研究。但對有彈跳性能的仿生機器人研究多從單腿系統(tǒng)開始。本項目研究的具有儲能功能的變機體模塊化四足仿生機器人，在現(xiàn)有對具有彈跳性能的單腿機器人研究的基礎(chǔ)上，對具有彈跳功能的四足機器人各腿部結(jié)構(gòu)等進行研究。通過在每條腿上設(shè)置彈跳儲能結(jié)構(gòu)單元，使機器人初步具備彈跳功能，以提高機器人的仿生與跳躍性能，提高機器人的越障與適應(yīng)環(huán)境的能力。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，很多學(xué)者針對特定環(huán)境、特定任務(wù)的各類構(gòu)型機器人的機構(gòu)綜合、運動學(xué)與動力學(xué)建模問題開展了許多富有成效的研究，

5、解決了很多科學(xué)技術(shù)問題，推動了機器人技術(shù)的進步，具體包括：（1）單腿跳躍機器人麻省理工學(xué)院Raibert等人研制了單腿跳躍機器人之后，GarthZeglin等人利用彈性弓形腿，通過拉伸繩索機構(gòu)使弓形腿彎曲并驅(qū)動鋼板彈簧變形存儲能量，當弓形腿彎曲到一定程度時會自動釋放繩索，釋放能量的同時弓形腿彈回原來的形狀，在地面反彈力的作用下實現(xiàn)跳躍，但該機構(gòu)具有一定的缺陷，即只能在二維平面內(nèi)運動。2002年，日本的Hvon教授設(shè)計了能夠跳躍的單足機器人，模仿狗的后腿, 運用一個彈簧作為肌腱。通過彈簧提供推動力實現(xiàn)跳躍，并利用肌腱作為落地后的緩沖裝置。實驗表明，該機構(gòu)具有一定的跑步和跳躍性能。（2）國內(nèi)跳躍機

6、器人研究西北工業(yè)大學(xué)的葛文杰課題組近年來在跳躍機器人方面的研究取得了一些進展。該課題組設(shè)計的跳躍機器人采用非對稱式齒輪六桿機構(gòu)作為跳躍腿，通過絲杠傳動拉伸彈簧。該機器人總質(zhì)量為620g，跳躍高度為30-45cm。隨后該課題組對上述機器人進行改進，采用齒輪五桿機構(gòu)作為跳躍腿部機構(gòu)，并添加姿態(tài)調(diào)整裝置，該機構(gòu)跳躍高度為20cm。哈工大趙杰課題組的王猛等人在研究青蛙跳躍的基礎(chǔ)上采用齒輪五桿機構(gòu)作為機器人的跳躍腿，前肢含有一個被動自由度，采用伺服電機控制前肢的運動，使其在起跳階段可以進行姿態(tài)調(diào)整，并且落地時具有一定的緩沖功能。該機器人長25 cm，寬18cm，高6cm，質(zhì)量約為2.2 kg 。該機器人

7、跳躍高度約為34.5 cm。3、發(fā)展趨勢四足步行機器人作為足式機器人的重要組成部分，近年來，各工業(yè)發(fā)達國家都將其作為具有戰(zhàn)略意義的前沿技術(shù)，投入巨資支持開展研究工作。美國Boston Dynamics公司研究BigDog 的成功，在世界上掀起了研究具有實用性自律移動機器人的新高潮。我國也非常重視高性能四足仿生機器人的開發(fā)。國家863計劃先進制造領(lǐng)域于2010年發(fā)布了“高性能四足仿生機器人”主題項目指南，吹響了“十二五”期間我國高性能四足機器人技術(shù)攻關(guān)的號角。與國際同行相比，我國高性能四足機器人的研究和開發(fā)還處于起步階段。圍繞我國開發(fā)高性能四足仿生機器人的總體目標，本項目提出對具有儲能功能的變機

8、體模塊化四足仿生機器人構(gòu)型進行研究，以豐富四足步行機器人的運動構(gòu)型，提高步行機器人的運動性能。4、項目的市場分析和項目的市場定位四足步行機器人是一種智能型機器人，它是涉及到生物科學(xué)、仿生學(xué)、機構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)及信息處理技術(shù)等的一門綜合性高科技。在崎嶇路面上，步行機器人優(yōu)于輪式或履帶式車輛。步行機器人腿式系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性：較好的機動性,崎嶇路面上乘坐的舒適性，對地形的適應(yīng)能力強。所以，這類機器人在軍事運輸、海底探測、礦山開采、星球探測、殘疾人的輪椅、教育及娛樂等眾多行業(yè)，有非常廣闊的應(yīng)用前景，多足步行機器人技術(shù)一直是國內(nèi)外機器人領(lǐng)域的研究熱點之一。隨著多足步行機器人技術(shù)的不斷成熟與完善，這類機

9、器人將在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)等許多行業(yè)有著越來越廣泛的應(yīng)用。僅就單一的移動功能而言，多足步行機器人能夠完成在各種非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的運輸任務(wù)，如崎嶇路面的運輸、建筑物內(nèi)的搬運（包括有臺階的場合）等。特別是近年來，國內(nèi)外不少學(xué)者研究了新型多足步行機器人，并不斷開發(fā)多足步行機器人的作業(yè)功能，如此一來，多組步行機器人不僅僅是移動平臺，而且是一種功能設(shè)備，在眾多行業(yè)中有著許多潛在的應(yīng)用前景。該步行機器人可以滿足某些環(huán)境和任務(wù)的需要，同時簡化機器人的結(jié)構(gòu)和控制，降低研制和使用成本。（二）研究內(nèi)容及目標項目研究開發(fā)內(nèi)容和目標（1）具有彈跳功能的腿的機構(gòu)綜合及新構(gòu)型設(shè)計研究具有組合機構(gòu)、復(fù)雜機構(gòu)系統(tǒng)特征的四足仿生機

10、器人腿部機構(gòu)綜合方法。圖1 具有彈跳功能的腿的設(shè)計該機器人腿部由臀關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)組成，其三維模型如圖1所示。為優(yōu)化腿部結(jié)構(gòu)，減輕腿部質(zhì)量，該具有彈跳功能的腿部結(jié)構(gòu)具有如下特點：設(shè)置該腿由兩個電機驅(qū)動，分別驅(qū)動臀關(guān)節(jié)和大腿關(guān)節(jié)；該機構(gòu)可以減小電機數(shù)量，降低控制系統(tǒng)的難易程度。大腿關(guān)節(jié)安裝彈跳儲能機構(gòu)，該彈跳儲能機構(gòu)與大腿關(guān)節(jié)并行放置安裝；該機構(gòu)利用彈簧進行儲能，使腿部初步具備彈跳功能。驅(qū)動電機安裝在機架上，其中臀關(guān)節(jié)驅(qū)動電機通過法蘭與臀關(guān)節(jié)直接相連，儲能機構(gòu)驅(qū)動電機通過驅(qū)動博登拉線拉動彈簧，進而對儲能機構(gòu)進行儲能；電機安裝在機架上，可以減輕腿部結(jié)構(gòu)質(zhì)量，進而提高腿的動力學(xué)性能。（2）具

11、有儲能功能的變機體模塊化四足仿生機器人的ADAMS仿真分析將所建立的SolidWorks模型導(dǎo)入仿真分析軟件ADAMS中，添加各部分動力及約束，對具有儲能功能的變機體模塊化四足仿生機器人進行動力學(xué)仿真分析。將仿真分析的結(jié)果與動力學(xué)建模分析結(jié)果相比較，以驗證動力學(xué)建模的正確性。（三）實施方案及要解決的關(guān)鍵問題1、關(guān)鍵技術(shù)（1）具有彈跳功能的腿的機構(gòu)綜合及新構(gòu)型設(shè)計設(shè)置該腿由兩個電機驅(qū)動，分別驅(qū)動臀關(guān)節(jié)和大腿關(guān)節(jié)；該機構(gòu)可以減小電機數(shù)量，降低控制系統(tǒng)的難易程度。大腿關(guān)節(jié)安裝彈跳儲能機構(gòu)，該彈跳儲能機構(gòu)與大腿關(guān)節(jié)并行放置安裝；該機構(gòu)利用彈簧進行儲能，使腿部初步具備彈跳功能。驅(qū)動電機安裝在機架上，其中

12、臀關(guān)節(jié)驅(qū)動電機通過法蘭與臀關(guān)節(jié)直接相連，儲能機構(gòu)驅(qū)動電機通過驅(qū)動博登拉線拉動彈簧，進而對儲能機構(gòu)進行儲能；電機安裝在機架上，可以減輕腿部結(jié)構(gòu)質(zhì)量，進而提高腿的動力學(xué)性能。（2）具有彈跳功能的腿的ADAMS仿真分析將所建立的SolidWorks模型導(dǎo)入仿真分析軟件ADAMS中，添加各部分動力及約束，對具有彈跳功能的腿進行動力學(xué)仿真分析。（四）計劃進度項目實施的計劃進度2015.012015.07完成具有彈跳功能的腿結(jié)構(gòu)特征及構(gòu)型分析；以及完成結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；2015.082016.02 建立新的具有彈跳功能的腿的樣機模型；2016.032016.08 撰寫相關(guān)學(xué)術(shù)論文；2016.092016.12 項目總結(jié)、資料匯總、結(jié)題。（五）經(jīng)費預(yù)算資料費 400元 說明： 圖書、圖紙及