仿蝗虫跳跃机器人结构设计和运动学与动力学分析毕业设计开题报告Word格式.docx
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在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
日期：
年月日
学位论文使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
日期：
导师签名：
日期：
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
一、题目：
二、指导教师对文献综述和开题报告的具体容要求：
文献综述报告要求：
按照毕业设计任务书的有关要求和研究容，对国外有关跳跃机器人优势、跳跃机器人工作机理、跳跃机器人的跳跃结构类型等方面的文献资料进行认真查阅，了解国外的相关研究现状，要求阅读20篇以上文献资料，其中，要对1篇英文文献进行翻译，要求字数在4000字以上，最后，完成文献综述报告的撰写工作和答辩工作。
开题报告要求：
在广泛阅读国外相关文献资料的基础上，根据毕业设计任务书的有关要求和主要研究容，认真完成毕业设计开题报告的撰写工作，开题报告应包括毕业设计论文的研究意义、国外相关研究现状、论文的主要研究容、研究方案和可行性、具体的研究计划和时间安排等部分容，在此基础上，完成开题报告的答辩工作。
指导教师（签名）
一、文献综述4
1跳跃理论优势5
1.1尺度效应5
1.2弗劳德系数6
2国外研究现状7
2.1国外研究现状7
2.2国研究现状8
3弹跳机器人的弹跳机构及几种动力学模型分类9
3.1钟摆型机构及钟摆动力学模型9
3.2弹射型10
3.3混合型14
4跳跃机器人的动力及稳定性控制15
5应用前景15
6参考文献16
二、开题报告：
17
1背景17
2调研报告17
2.1跳跃理论优势17
2.2现有跳跃运力学模型及分析19
3研究容23
3.1蝗虫跳跃机理23
2.3基于蝗虫杠杆的弹射跳跃运动机理的结构设计25
2.4电机的选型26
2.5对跳跃机器人进行动力学分析26
3研究方案27
4进度表27
5目前进展28
三、译文及原稿29
译文题目可控微型跳跃机器人29
可控微型跳跃机器人29
1简介29
2设计方法32
2.1跳跃机构33
2.2复位机构34
2.3操纵机构35
3实施37
3.1跳跃机构38
3.2复位机构39
3.3操纵机构40
3.4集成40
3.5跳跃参数的调整43
4结果44
4.1笼子的成本44
4.2起跳参数的调整45
4.3障碍情况下的行进46
5总结46
6结论47
参考文献：
47
文献原文
一、文献综述
仿生学（bionics）是上世纪60年代兴起的一门学科，以昆虫为对象的仿生学研究和应用一直是国外的研究热点之一。
近年来，随着仿生机器人技术的发展，模仿动物的肢体或按动物跳跃运动机理设计的仿生弹跳机构日益受到人们的关注。
跳跃运动可以越过数倍于自身的障碍物，若与原有运动方式（如轮式机构）结合可以大大提高机器人的活动空间与自主性，且易于微型化，活动能力更强，在考古、反恐、战场侦察等领域有着广阔的应用前景。
在外星际探测中，月球与火星表面的重力加速度大大低于地球（火星38%，月球17%）。
因此，跳跃机构在这种低重力的外星际探索中极具优势，早在1969年美国就提出了研制弹跳机构用于月球探测。
1跳跃理论优势
1.1尺度效应
自然界各物种体积差别很大。
因此在研究对比动物运动中以每秒移动单位身长数作为衡量速度的标准更为科学。
以此为标准自然界中速度最快的是北美地区的更格卢鼠。
通过双脚跳跃移动速度能达到80身长／s。
设跳跃机器人足长为
，机器人外形尺寸与足长成一定比例关系，记为：
d∝
，
可推得：
mg∝
（1）
设机器人足的最大屈服应力为：
。
即为机器人足与接触面间的最大受力。
该力与接触面积即
成正比，记为：
∝
与
（1）式联立可得：
由
（2）式可推得，当体积缩小时，体积相关的力（如重力）较面积相关的力（如表面接触力）减小更快，这造成了最大输出力与自身重力比即起跳时的最大加速度的不同。
从表1的生物学统计数据可以亦看出这一趋势。
因此无论是自然界中的小体型动物还是人造小型机器人。
采用跳跃方式比大型动物／机器人有更高的效率和优势。
1.2弗劳德系数
在讨论跳跃的优劣中有必要引入弗劳德系数，定义如下：
（3）
式中：
g为重力加速度；
V为水平向前速度；
l为质心到支撑点长度（实际中可以理解为机器人或动物的足长）。
在跳跃物与地面接触阶段，弗劳德系数可理解为向心力和重力之比，理论上Fr超过1时，支撑足产生的向心力超过重力，所支撑的物体将腾空。
弗莱德系数亦可被理解为动能和势能之比，通过实际观测，当Fr超过0.4时，动物步态从爬行转为奔跑，当Fr逐步增大超过1后，重力作用无法抵消动能，每次跳跃长度和高度将增加，腾空时间进一步增加，步态从奔跑逐渐向跳跃转变。
假设物体1与2有以下关系：
（4）
、
与
分别为1、2两物体的长度、受力时间和所受外力，
分别为两物体质量、速度和加速度，存在以下比例关系：
∝
∝
（i=1,2）（5）
（5）式结合牛顿第二定理可推导得：
（6）
在跳跃运动中，重力为物体主要受力，因此（6）式可表示为
（7）
由此可见跳跳跃的产生不仅由速度决定。
与质心到支撑点长度也有关系。
可以通过缩短长度提高弗劳德系数，以达到跳跃状态。
随着外形尺寸的缩小，跳跃长度会增加，这与动物观测结果相同，体型更小的动物跳跃单位身长更长。
表1各型生物最大输出力与自身重力比
生物种类
最大输出力/重力
人
3
更格卢鼠
8
蚱蜢
13
跳蚤
135
沫蝉
400
2国外研究现状
2.1国外研究现状
明尼达大学的机器人中心的Stoeter与2002年研制了一个重200克的利用卷在它的身体周围的弹簧来跳跃的轮式系统（图1）。
机器人在跳跃前被转动来确保朝确定的方向行进。
图1楼梯跳跃机器人
意大利圣安娜高等研究学院CRIM实验室Dario教授领导的课题组于2006年研制了Grillo微型跳跃机器人（图2）。
采用4根弹簧作为保持稳定的前足，带有弹簧驱动器的后足提供弹跳动力。
整体重量
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