32、机器人建模与机构设计研究

机器人建模与机构设计研究

1. RHex 机器人研究概述

RHex 即六足机器人，是模仿六足昆虫设计的机器人。自 1998 年起开始研究，至今已发展出多种不同用途的模型：
|模型名称|特点|
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|RHex Platform|刚体结构紧凑、敏捷，能在平坦表面以 2.7 m/s 行走和奔跑，可攀爬 40°斜坡|
|Shelly RHex|基于 RHex Platform 开发的两栖机器人，有封闭外壳保护电子设备|
|Rugged RHex|从 Shelly RHex 发展而来，用于商业，能承载 2 kg 重物，续航 6 小时，越野能力强|
|AQUA|基于 Rugged RHex 开发，用于水下作业，腿部为桨状，可潜水 10 m 并绘制珊瑚礁三维地图|
|X - RHex|配备质量平衡系统，能在不同地形灵活操作，可爬楼梯、跳跃等|
|X - RHex Lite (XRL)|X - RHex 的改进版，负载能力更强、制造容易、重量减轻|
|Edu robot|研究腿部刚度对机器人在不同地形移动性的影响|
|XJus robot|设计有可调节的身体脊柱刚度，用于评估能量消耗|

然而，以往研究主要集中在刚体 RHex 机器人，刚体 RHex 在平坦表面能灵活操作，但在粗糙表面有诸多限制，且能量利用不优化。本次研究旨在设计一种能在不同地形灵活移动且能耗最低的柔性体 RHex 机器人，简称 RHex - FB。

2. RHex - FB 建模

为分析 RHex - FB 在粗糙表面移动时的垂直振荡，构建了刚体多体系统动力学图。具体建模步骤如下