Design of Balanced Wheeled Jumping Robot Based on the Motion Mechanism of Springtail

摘要

摘要： 针对弹尾虫的生物体结构与运动特性，复合轮式与跳跃运动设计了一种新型跳跃机器人。利用弹尾虫独特的跳跃运动机制设计了跳跃原理结构，并使用拉格朗日法完成跳跃原理结构着地起跳、腾空阶段动力学方程的构建与仿真，分析并验证了跳跃过程及跳跃原理的可行性。通过轮式结构的复合设计，使得机器人具备平衡轮式移动特性，展现跳跃原理结构的可移植性。搭建机器人控制系统，使用3D打印技术完成样机制作，最终设计机器人长15 cm、宽9.5 cm、高7.5 cm，整体重268.6 g。试验测试表明，机器人具备快速连续运动性能，1 s内完成能量蓄积与释放，0.5 s内实现姿态复位；具备多运动模式，可实现高20 cm、远15 cm的跳跃动作，同时可完成跳跃后的姿态复位，平衡轮式移动以及传统平衡小车难以实现的倒地后自主平衡复位。