【正文】 的研究計(jì)劃和時(shí)間安排等部分內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，完成開(kāi)題報(bào)告的答辯工作。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告題目 仿蝗蟲(chóng)跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日浙江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格評(píng)定成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任： （簽名）年 月 日一、題目： 二、指導(dǎo)教師對(duì)文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告的具體內(nèi)容要求：文獻(xiàn)綜述報(bào)告要求：按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的有關(guān)要求和研究?jī)?nèi)容，對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)跳躍機(jī)器人優(yōu)勢(shì)、跳躍機(jī)器人工作機(jī)理、跳躍機(jī)器人的跳躍結(jié)構(gòu)類(lèi)型等方面的文獻(xiàn)資料進(jìn)行認(rèn)真查閱，了解國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究現(xiàn)狀，要求閱讀20篇以上文獻(xiàn)資料，其中，要對(duì)1篇英文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯，要求字?jǐn)?shù)在4000字以上，最后，完成文獻(xiàn)綜述報(bào)告的撰寫(xiě)工作和答辯工作。指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日目錄一、文獻(xiàn)綜述 41跳躍理論優(yōu)勢(shì) 5 5 62國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7 7 83彈跳機(jī)器人的彈跳機(jī)構(gòu)及幾種動(dòng)力學(xué)模型分類(lèi) 9 9 10 144跳躍機(jī)器人的動(dòng)力及穩(wěn)定性控制 155應(yīng)用前景 156參考文獻(xiàn) 16二、開(kāi)題報(bào)告： 171背景 172調(diào)研報(bào)告 17 17 193研究?jī)?nèi)容 23 23 25 26 263研究方案 274進(jìn)度表 275目前進(jìn)展 28三、譯文及原稿 29譯文題目 可控微型跳躍機(jī)器人 29可控微型跳躍機(jī)器人 291 簡(jiǎn)介 292 設(shè)計(jì)方法 32 跳躍機(jī)構(gòu) 33 34 操縱機(jī)構(gòu) 353 實(shí)施 37 跳躍機(jī)構(gòu) 38 復(fù)位機(jī)構(gòu) 39 操縱機(jī)構(gòu) 40 集成 40 跳躍參數(shù)的調(diào)整 434 結(jié)果 44 籠子的成本 44 起跳參數(shù)的調(diào)整 45 障礙情況下的行進(jìn) 465 總結(jié) 466 結(jié)論 47參考文獻(xiàn)： 47文獻(xiàn)原文一、文獻(xiàn)綜述仿生學(xué)（bionics）是上世紀(jì)60年代興起的一門(mén)學(xué)科，以昆蟲(chóng)為對(duì)象的仿生學(xué)研究和應(yīng)用一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。跳躍運(yùn)動(dòng)可以越過(guò)數(shù)倍于自身的障礙物，若與原有運(yùn)動(dòng)方式（如輪式機(jī)構(gòu)）結(jié)合可以大大提高機(jī)器人的活動(dòng)空間與自主性，且易于微型化，活動(dòng)能力更強(qiáng)，在考古、反恐、戰(zhàn)場(chǎng)偵察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，跳躍機(jī)構(gòu)在這種低重力的外星際探索中極具優(yōu)勢(shì)，早在1969年美國(guó)就提出了研制彈跳機(jī)構(gòu)用于月球探測(cè)。因此在研究對(duì)比動(dòng)物運(yùn)動(dòng)中以每秒移動(dòng)單位身長(zhǎng)數(shù)作為衡量速度的標(biāo)準(zhǔn)更為科學(xué)。通過(guò)雙腳跳躍移動(dòng)速度能達(dá)到80身長(zhǎng)／s。即為機(jī)器人足與接觸面間的最大受力。從表1的生物學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以亦看出這一趨勢(shì)。采用跳躍方式比大型動(dòng)物／機(jī)器人有更高的效率和優(yōu)勢(shì)。在跳躍物與地面接觸階段，弗勞德系數(shù)可理解為向心力和重力之比，理論上Fr超過(guò)1時(shí)，支撐足產(chǎn)生的向心力超過(guò)重力，所支撐的物體將騰空。假設(shè)物體1與2有以下關(guān)系： （4）式中： 、與 分別為2兩物體的長(zhǎng)度、受力時(shí)間和所受外力， 、 、 分別為兩物體質(zhì)量、速度和加速度，存在以下比例關(guān)系：∝ ， ∝（i=1,2） （5）(5)式結(jié)合牛頓第二定理可推導(dǎo)得： (6) 在跳躍運(yùn)動(dòng)中，重力為物體主要受力，因此（6）式可表示為 （7）由此可見(jiàn)跳跳躍的產(chǎn)生不僅由速度決定?？梢酝ㄟ^(guò)縮短長(zhǎng)度提高弗勞德系數(shù)，以達(dá)到跳躍狀態(tài)。表1 各型生物最大輸出力與自身重力比生物種類(lèi)最大輸出力/重力人3更格盧鼠8蚱蜢13跳蚤135沫蟬4002國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀明尼蘇達(dá)大學(xué)的機(jī)器人中心的Stoeter與2002年研制了一個(gè)重200克的利用卷在它的身體周?chē)膹椈蓙?lái)跳躍的輪式系統(tǒng)（圖1）。圖1樓梯跳躍機(jī)器人意大利圣安娜高等研究學(xué)院CRIM實(shí)驗(yàn)室Dario教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組于2006年研制了Grillo微型跳躍機(jī)器人(圖2)。整體重量?jī)H15g，前進(jìn)速度可達(dá)1．5m/s。圖3 籠式EPFL跳躍機(jī)器人 國(guó)內(nèi)諸多高校也對(duì)跳躍機(jī)器人展開(kāi)了一定的研究。通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)壓縮和釋放實(shí)現(xiàn)跳躍還裝有前輪角度調(diào)節(jié)電機(jī)實(shí)現(xiàn)0176。之間不同的起跳角度。西北工業(yè)大學(xué)根據(jù)袋鼠跳躍做了多剛體及多剛體添加柔性單元的模型建立與分析。3彈跳機(jī)器人的彈跳機(jī)構(gòu)及幾種動(dòng)力學(xué)模型分類(lèi)目前實(shí)際彈跳機(jī)構(gòu)構(gòu)造有兩類(lèi)方法，一類(lèi)是從自然界生物的彈跳動(dòng)作中獲得啟發(fā)，進(jìn)行仿造，稱(chēng)為仿生彈跳機(jī)構(gòu)．如機(jī)械蟋蟀與機(jī)械貓等。人在跳躍過(guò)程中，手臂擺動(dòng)方向與腿部彈跳方向相反．手臂運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于鐘擺運(yùn)動(dòng)．依靠關(guān)節(jié)臂擺動(dòng)產(chǎn)生的離心力實(shí)現(xiàn)彈跳，稱(chēng)為鐘擺型彈跳機(jī)．通過(guò)研究鐘擺型彈跳機(jī)可以確定手臂擺動(dòng)在彈跳過(guò)程中所起的作用．根據(jù)鐘擺原理，采用多個(gè)擺動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的跳躍機(jī)可以進(jìn)行彈跳、控制方向、上下樓梯等動(dòng)作．但是這種機(jī)構(gòu)中離心力不是瞬問(wèn)釋放，其能量部分推動(dòng)彈跳，而且著陸過(guò)程中的能量無(wú)法被下一次彈跳所利用，在有限能量供應(yīng)的自主系統(tǒng)中將大大縮減持續(xù)運(yùn)行時(shí)間．因此鐘擺機(jī)構(gòu)一般只能作為彈跳運(yùn)動(dòng)的輔助方式或用于彈跳機(jī)構(gòu)空中姿態(tài)平衡．鐘擺型跳躍機(jī)構(gòu)將上端固定有質(zhì)量塊的彈簧壓緊，然后突然松開(kāi)，在彈力的推動(dòng)下彈簧與質(zhì)量塊會(huì)彈到空中，這就是現(xiàn)在大多數(shù)彈跳機(jī)構(gòu)的原型，這種機(jī)構(gòu)一般由電機(jī)、彈性體與鎖定／觸發(fā)裝置構(gòu)成．電機(jī)通過(guò)某種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)壓緊彈簧；彈性體是機(jī)構(gòu)能量存儲(chǔ)部件；小而輕的觸發(fā)裝置控制彈性體瞬間釋放能量．這種彈射機(jī)構(gòu)將能量緩慢積累至一定程度然后瞬間釋放，完成彈跳動(dòng)作．較其它方式能量利用效率高．但其運(yùn)動(dòng)是間歇性的，每次彈跳需要一段時(shí)間積累能量，因而不夠靈活．單足彈跳機(jī)構(gòu)（簡(jiǎn)化圖） 西北工業(yè)大學(xué)的葛文杰、夏旭峰進(jìn)行了基于彈簧—質(zhì)量模型的仿袋鼠跳躍機(jī)器人步態(tài)穩(wěn)定性研究。單足跳躍模型著地階段的彈簧雙質(zhì)量模型彈簧雙質(zhì)量模型（垂直）此模型只考慮了垂直彈跳，實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)要水平速度分量，需要能夠在空中主動(dòng)地調(diào)整姿態(tài)，以避免落地時(shí)m1與m2均與地面碰撞而造成前一次彈跳中所有能量都損失掉。有的將機(jī)構(gòu)重心降低，并用護(hù)罩保護(hù)，類(lèi)似不倒翁。這種方式使彈跳間隔時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)不太靈活。多剛體模型西北工業(yè)大學(xué)的岳映章、葛文杰進(jìn)行了仿袋鼠跳躍機(jī)器人的剛?cè)峄旌辖＿\(yùn)動(dòng)步態(tài)分析。這一特性有助于機(jī)器人減緩踝關(guān)節(jié)所受軀干等其他構(gòu)件下落的慣性力和引起的沖擊力 ,同時(shí)也可減小軀干質(zhì)心運(yùn)動(dòng)在這一階段的上下波動(dòng)而使其保持平穩(wěn)落地,從而有利于減小腳與地面的反力和彈跳能的消耗。(2) 增大機(jī)器人躍遠(yuǎn)度。從步態(tài)軌跡上看 ,柔性腳踝關(guān)節(jié)軌跡在起跳階段迅速上升,提高了機(jī)器人的起跳速度 ,進(jìn)而增大跳躍機(jī)器人的躍遠(yuǎn)度。(3)增大起跳時(shí)間和調(diào)整起跳角度。如青蛙在彈跳時(shí)瞬間輸出力是后肢肌肉平均輸出力的7倍。在機(jī)器人跳躍裝置中使用彈性器件可以?xún)H用小功率電機(jī)提供動(dòng)力，壓縮彈簧儲(chǔ)能，一次性釋放實(shí)現(xiàn)跳躍。提高運(yùn)動(dòng)效率，并提供接地緩沖功能。準(zhǔn)備安裝翅翼，減小著陸時(shí)沖擊力，同時(shí)可以利用翅翼進(jìn)行滑翔，擴(kuò)大行程。這就需要在跳躍機(jī)器人中