弹跳机器人的设计与研究

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研究具有高越障性能的弹跳式微型机器人已经成为了机器人技术发展的重要方向之一。弹跳运动的突然性与爆发性有助于机器人越过障碍物和躲避危险,使其在军事侦察、星际探索、灾难搜救等方面都具有良好的应用前景。然而,国内外关于弹跳机器人的研究尚处于初级阶段,因此本课题的研究具有重要的意义。   本文通过对国内外弹跳机器人的研究与发展现状的总结,研制了一种结构简单且易于控制的滚动式微型弹跳机器人,该机器人具有滚动运动和弹跳运动两种运动方式。在分析现有弹跳机构实现方案的基础上,提出了一种实用有效的储能-驱动机构。该储能-驱动机构以舵机为驱动器,带动不完全齿轮机构,通过绞盘和齿轮拉动钢丝绳作用于弹簧钢片来实现机器人的储能-弹跳。   以C8051F340微控制器为核心,设计了滚动式微型弹跳机器人系统中的电机驱动电路、舵机控制电路、串口通讯接口电路、CO2浓度检测电路、图像数据采集电路等硬件电路,同时对系统进行了抗干扰设计,为整个系统的正常工作提供了硬件上的保障。在硬件设计的基础上设计了上位机的串口通信和下位机的控制软件系统。   上位机与下位机之间的无线通讯由无线通信模块JN5121来实现。在利用该模块开发Zigbee网络的基础上,介绍了Zigbee协议栈的相关知识,并设计了Zigbee协调节点和路由节点的应用程序,主要包括多节点间协调工作Mesh网络的建立以及数据的收发。   最后,对本系统中弹跳机器人的跳跃性能进行了测试,并分析了影响其跳跃高度的多种因素,如弹簧钢片的尺寸、舵机的输出力矩等。实验结果表明,该滚动式微型弹跳机器人系统能够实现预定的功能,其机械结构简单合理、控制系统稳定可靠。
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