Design and bouncing performance study of spring slider type bouncing robots

LUO Jiman; SONG Yide; SONG Yucheng; WU Hao; LIU Fengyuan

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.016

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Design and bouncing performance study of spring slider type bouncing robots

Development·Application | 更新时间：2025-03-20

- Design and bouncing performance study of spring slider type bouncing robots
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 3, Pages: 117-124(2025)
- 作者机构：
  
  沈阳建筑大学机械工程学院，沈阳 110168
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.016
  CLC： TH122
- Received：27 November 2023，
  
  Revised：06 March 2024，
  
  Published：15 March 2025
- 稿件说明：
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罗继曼，宋益德，宋玉成，等. 弹簧滑块式弹跳机器人设计与弹跳性能研究［J］. 机械传动，2025，49（3）：117-124.

LUO Jiman，SONG Yide，SONG Yucheng，et al. Design and bouncing performance study of spring slider type bouncing robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：117-124.
罗继曼，宋益德，宋玉成，等. 弹簧滑块式弹跳机器人设计与弹跳性能研究［J］. 机械传动，2025，49（3）：117-124. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.016.

LUO Jiman，SONG Yide，SONG Yucheng，et al. Design and bouncing performance study of spring slider type bouncing robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：117-124. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.016.

摘要

目的

为增加机器人越障性能，使机器人具有较强的地形适应能力，设计研究了一种在轮式机器人上复合弹跳机构的“行-跳两用”地形侦测机器人。

方法

弹跳机构采用弹簧与缸体滑块相结合的组合方式，通过弹簧储能实现弹跳。首先，设计了弹跳机构方案并搭建虚拟仿真样机；其次，为了研究滑杆长度和运动间关系，通过机构运动学建模，获得机构滑杆与跳跃腿摆角间关系，并进行了机构速度及加速度分析；再次，基于拉格朗日动力学方法建立机构动力学模型，得到各杆件的力矩受其转动角度及角加速度的影响规律；最后，通过斜上抛运动模型分析，研究了机器人起跳角对弹跳性能的影响关系。

结果

通过Adams软件对机器人进行跳跃仿真，验证了理论建模的准确性，同时验证了该机器人具有良好的弹跳性能及弹跳平稳性。

Abstract

Objective

To increase the obstacle crossing performance of robots and enhance their terrain adaptability

a “walking jumping dual purpose” robot with a composite jumping mechanism on wheeled robots was designed and studied.

Methods

The bouncing mechanism was designed with a combination of springs and cylinder sliders

where energy was stored in the springs to enable bouncing. Firstly

a rebound mechanism scheme was designed and a virtual simulation prototype was built. Then

in order to study the relation between the sliding rod length and the motion

the relation between the sliding rod of the mechanism and the swing angle of the jumping leg was obtained through the kinematic modeling of the mechanism

and the velocity and acceleration of the mechanism were analyzed. Thirdly

a mechanism dynamics model was established based on the Lagrangian dynamics method

and the influence of the rotation angle and angular acceleration on the torque of each member was obtained. Further analysis through the oblique upward throwing motion model

the relation between the robot’s takeoff angle and its bounce performance was studied.

Results

Jumping simulations were conducted on the robot using Adams software to verify the accuracy of the theoretical modeling

as well as the good jumping performance and smoothness of the robot.

关键词

Keywords

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