哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第1章绪论 1.1课题背景及研究的目的和意义 当前，机器人的使用范围越来越大，随着其应用领域的扩展，机器人的 使用场所也在不断丰富，对其运动的范围也有了更高的要求。面对恶劣的环 境和复杂的地形，要求机器人具有很强的自主运动能力、生存能力及较高的 运动灵活性。轮式或履带式机器人和仿生爬行或步行式机器人是目前自主式 移动机器人的研究的主要对象山。然而，轮式或履带式机器人只适于工作在 相对平坦的地面上，在凹凸不平的地面上的运动性能有较大的削弱：另外， 步行或爬行机器人有自由度多，控制复杂，运动缓慢等缺点，同样无法满足 越障的需要2.引。 在很多机器人的实际应用中，要求其具备跃过障碍物或沟渠的能力。然 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机器人，从而大大提高机 器人的活动范围。相对于其它几种方式的移动机器人，弹跳式机器人可以轻 而易举的跃过数倍甚至数十倍于自己的障碍物或沟渠，更适合复杂和不可预 测的环境。另外，弹跳运动的突然性与爆发性有利于机器人躲避危险。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，此外，在考古探测、军事侦察、反恐活动中也有很好的应用前景山。 近二十年来，仿生机器人的研究一直是一个非常活跃的领域。黑格尔说 过：“存在即合理”。暂且不讨论这种表述的正确性，不过经过千百万年的 进化，生物体身体结构和运动方式确实体现出相当的合理性、科学性、进步 性。35亿年的进化过程中，生物体发展了灵巧的运动机构和机敏的运动模式， 这成为机器人发展取之不尽的知识源泉。仿生学在机器人科学中的应用，推 动了机器人的适应能力向非结构化、未知的环境发展46。 为将生物体结构合理性运用在机器人的设计中，选择了从仿生角度来设 计弹跳机器人。比较典型的几种跳跃型生物有青蛙、袋鼠、蝗虫以及一些典 型的四足哺乳类动物（如猫、狗）等。本文将以青蛙为研究对象，进行仿青 蛙跳跃机器人的运动机理分析。为获取青蛙跳跃过程中的运动轨迹，提出一 种空间运动轨迹的提取方法，也可为其它仿生机器人研究使用。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1 第1章 绪论 1.1 课题背景及研究的目的和意义 当前，机器人的使用范围越来越大，随着其应用领域的扩展，机器人的 使用场所也在不断丰富，对其运动的范围也有了更高的要求。面对恶劣的环 境和复杂的地形，要求机器人具有很强的自主运动能力、生存能力及较高的 运动灵活性。轮式或履带式机器人和仿生爬行或步行式机器人是目前自主式 移动机器人的研究的主要对象[1]。然而，轮式或履带式机器人只适于工作在 相对平坦的地面上，在凹凸不平的地面上的运动性能有较大的削弱；另外， 步行或爬行机器人有自由度多，控制复杂，运动缓慢等缺点，同样无法满足 越障的需要[2，3]。 在很多机器人的实际应用中，要求其具备跃过障碍物或沟渠的能力。然 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机器人，从而大大提高机 器人的活动范围。相对于其它几种方式的移动机器人，弹跳式机器人可以轻 而易举的跃过数倍甚至数十倍于自己的障碍物或沟渠，更适合复杂和不可预 测的环境。另外，弹跳运动的突然性与爆发性有利于机器人躲避危险。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，此外，在考古探测、军事侦察、反恐活动中也有很好的应用前景[1]。 近二十年来，仿生机器人的研究一直是一个非常活跃的领域。黑格尔说 过：“存在即合理”。暂且不讨论这种表述的正确性，不过经过千百万年的 进化，生物体身体结构和运动方式确实体现出相当的合理性、科学性、进步 性。35 亿年的进化过程中，生物体发展了灵巧的运动机构和机敏的运动模式， 这成为机器人发展取之不尽的知识源泉。仿生学在机器人科学中的应用，推 动了机器人的适应能力向非结构化、未知的环境发展[4~6]。 为将生物体结构合理性运用在机器人的设计中，选择了从仿生角度来设 计弹跳机器人。比较典型的几种跳跃型生物有青蛙、袋鼠、蝗虫以及一些典 型的四足哺乳类动物（如猫、狗）等。本文将以青蛙为研究对象，进行仿青 蛙跳跃机器人的运动机理分析。为获取青蛙跳跃过程中的运动轨迹，提出一 种空间运动轨迹的提取方法，也可为其它仿生机器人研究使用