1. Design and Optimization of a Miniature Locust-Inspired Stable Jumping Robot飞行器的特点体长10 cm质量60 g优点是跳得高、跳的远且在跳跃过程中具有稳定性“which allows it to maintain a proper aerial orientation without flipping.”Paper1: Design and Optimization of a Miniature Locust-Inspired Stable Jumping Robot引言的逐步聚焦可以学习DYNAMIC locomotion in complex, diverse environments has been a grand challenge in the field of miniature robotics. The locomotion of miniature robotics is usually limited to overcoming obstacles similar in size to the robot’s body [1]. This phenomenon is also found in miniature animals and is known as the size–grain hypothesis; i.e., the roughness of the environment increases with decreasing body size, thus increasing the cost of locomotion [2].先讲瞄准的一种现象或者困境To solve this problem, small animals, especially insects, have evolved two types of strategic locomotion, namely jumping and flying, to move efficiently across scales. In particular, jumping allows animals to move rapidly with less energy expenditure [3] and serves as a mechanism for animals to overcome obstacles, escape from predators, and capture prey. As an example, the locust adopts slow energy storage and a quick release to amplify power [4] and thus quickly jump to a safe region.讲自然界生物克服困境的方法选择一个进一步聚焦到你关注的生物对象然而由于对地面反作用力GRF方向的控制能力有限且地面反作用力作用线与跳跃者质心CoM之间存在偏差导致跳跃过程中出现严重的翻转现象进而造成落地姿态不可预测、不可控也不可重复。接下来就是讲在我们想研究的方面已经有的进展。讲还存在的一些空白。可以进一步介绍在这方面有人又进行了一些探索。为了实现可重复的跳跃也有研究者提供过一些方案但是仍有一定缺陷To achieve repeatable jumping, additional mechanisms, as proposed by Zhao [11] and Zhang [12], have been adopted for small-sized jumping robots to right themselves after landing, but these mechanisms make the robots heavier.那么本文是如何解决这一问题、增强稳定性的呢主要贡献The main contributions and novel aspects of this work 是设计和优化jumping leg实现long-distance and non-flipping locomotion.结论实现高性能与高稳定性是微型跳跃机器人实际应用中的重要一步。本研究首先分析了采集的蝗虫运动数据建立了跗节–胫节–股节的相对运动模型随后充分利用单自由度Stephenson六杆机构设计机器人的跳腿并优化其机构参数从而同时提升了跳跃能量与跳跃稳定性最后制作了物理样机验证了优化后的机器人能够实现远距离且无翻转的跳跃运动。实地测试结果表明该机器人跳跃高度可达3倍体长30厘米跳跃距离达7倍体长70厘米初始姿态与末姿态间的方向偏差仅为约4度。证实了所提出的跳跃策略具有优异的跳跃性能在实际应用中展现出大潜力。在后续研究中我们将结合稳定跳跃与飞行特性进一步拓展机器人的运动范围。对本文学习几方面1. 稳定性是如何分析的稳定性的影响因素在实际跳跃运动中机器人的质量特性及质心位置直接影响其跳跃稳定性。因此我们为机器人赋予质量特性并建立被动跳跃动力学模型。要建立该连杆系统的模型腿部各三角形连杆的质心为 CoMi质心到前一连杆末端的距离为 li质量为 mi相对于质心的转动惯量为 Ii绕垂直于纸面的 z 轴。具体而言机身被简化为矩形其质心位于 CoM5。获取各部分的动能势能单自由度拉格朗日方程弹射飞起来后整体就可被当成一个刚体了稳定性如何分析从两个方面来探讨稳定性。1. 作用于质心的合力是否指向保持不变 2. 作用于质心的力矩是否对COM5起到稳定性的作用。合力和力矩似乎都是惯性力。对它们期望We want the orientation of the inertial force to be as consistent as possible, and the accumulation of the inertial moment during take-off to be as small as possible尽可能小最好把这种设计的目标提清楚是论文的核心。如何优化都是工具。2. 机构的组成是怎样的简单看知道有哪些构件即可发现两个啮合齿轮单自由度单电机驱动有两个三角形板其中一个板和机架构成曲柄摇杆机构另一个板也类似只是1个本应固定的铰链悬浮在了空中该悬浮铰链G就是要被弹出去的端点。相对地该板的一个自由铰也被通过弹簧链接在了另一个板的连杆上这个弹簧应该就是积攒能量的。初步理解板1运动被电机完全定义其运动会将弹簧拉伸给板2积攒能量。拉到一个自锁死点再反方向转突然释放能量弹出板2离地跳起。3. 如何作图每个图的含义是否有值得参考的地方2. A Locust-Inspired Robot Capable of Continuous Crawl–Jump–Gliding Locomotion With Optimized Transitional Control内容更丰富引言可以少看点重点放在工作内容上核心To achieve the stable and long-distance moving, a reinforcement-learning-based optimized control is used to generate then track the robot’s position and orientation from take-off to landing.为实现稳定且远距离的运动本研究采用基于强化学习的优化控制方法生成并跟踪机器人从起跳到落地过程中的位置与姿态。优势突破在于跳-滑组合距离达到5.39 m, 表明该运动策略的能量利用效率很高这得益于弹簧控制的跳跃以及propeller-driven滑翔。值得注意的是无需借助高台该机器人仅通过在水平面上连续执行爬行–跳跃–滑翔动作即可实现较远的运动范围性能优于当前最先进的跳跃–滑翔机。设计目标2再次强调稳定性从地上到天上腾跃的过程可能不稳定Thetransition from the terrestrial to the aerial domainof either a locust or a robot is usually unstable. Hence, enhancing stability from take-off to landing is of great significance. 此外落地的姿态也不确定导致The locomotion continuity is very challenging for a jumpgliding robot为此在保持着陆稳定性的同时具备陆地爬行调节能力至关重要。Section II 介绍 biological inspiration and mechanical design of the integrated system略.Section III presents themultimodal locomotion modelingandcontrol strategyof the robot.需要多看Section IV presents the results of the experimental tests. Section V discusses the experimental results and compares with the state-of-art robots.略这是对结构设计的补充可以看看和之前是否相同这是飞行器本身的组成图吗展示其组成和关键特点卷曲起来放在两旁筒状的为滑翔机构设计了一对可折叠机翼、一个螺旋桨和一副尾翼。为消除跳跃与滑翔之间的动作冲突可折叠机翼被设计为在跳跃阶段保持折叠状态从而减小阻力随后在滑翔阶段展开以产生足够的升力并保持平衡。在模仿蝗虫具备方向调节能力的前翅[37]时我们设计了一对上反角为20°的前翅以提高横向与航向的滑翔稳定性[38]。此外具备调节纵向平面内空中姿态的能力也至关重要。因此增加了一个能产生推力的前置螺旋桨以及一个用于产生俯仰力矩的末端配重气动尾翼。左下角发明的EPJ。整体是改进的线驱动跳跃机构。然而在起跳阶段大量能量在极短时间内释放且由于地面反作用力与质心轨迹发生偏离会积累大量角动量导致机器人产生严重的翻滚。为了克服从地面到空中过渡时的不稳定性我们利用位于后腿根部的弹性被动关节EPJ与螺旋桨协同工作以抑制翻滚角速度。在螺旋桨产生推力的辅助下EPJ能够减缓起跳离地后角动量的积累从而提高了跳跃的稳定性。为确保机构的敏捷性与轻量化设计做了一些耦合联动设计跳跃与滑翔机构通过共用同一丝杠电机(screw motor) 实现了高度耦合。连续的跳跃-滑翔运动通过滑块的往复运动来实现其中蓝色滑块A为主动滑块红色滑块B为从动滑块详见图2右子图。需要注意挂钩的触发时机可通过拉线2的长度进行调节从而实现腿部伸展与机翼展开之间延迟时间的可调这种耦合联动是否好用呢。跳跃-滑翔机构的耦合关系与工作原理如下。后腿弯曲丝杠电机顺时针转卷绕长度为l的拉线1后腿逐渐弯曲直至被紫色挂钩锁定。与此同时滑块A向前移动距离s Δs其挂钩与滑块B锁定。可折叠机翼折叠丝杠电机逆时针旋转以松开拉线1同时由于挂钩的作用后腿保持弯曲状态。同时滑块A向后移动距离s可折叠机翼在缠绕于滑块B上的拉线3的牵引下逐渐折叠。联合触发丝杠电机继续逆时针旋转驱动滑块A向后移动距离Δs。绷紧的拉线2触发紫色挂钩后腿迅速伸展。与此同时滑块A与B解锁可折叠机翼在橡皮筋的驱动下迅速展开。人话解释用一个电机Screw motor既控制腿的跳跃又控制翅膀的折叠与展开并且还要保证动作的先后顺序先折叠再跳跳的同时展开。两个关键部件Slider A (蓝色滑块):主动滑块。它直接连在丝杠上电机转它就动。是整个系统的“指挥官”。Slider B (红色滑块):从动滑块。不直接连电机而是靠被 Slider A 钩住带着走或者被橡皮筋弹回去。是翅膀折叠的“执行者”。第一阶段蓄能与准备 (Hindleg flexion) —— 对应步骤 1)丝杠电机顺时针旋转拉线1 (Cable 1) 被卷起拉动后腿弯曲。储能注意左下角的Elastic passive joint (弹性被动关节)里面有弹簧。腿弯曲时弹簧被压缩储存了跳跃所需的巨大能量。锁定当腿弯曲到极限紫色的挂钩 (Hook) 自动卡住把腿锁在弯曲状态。此时电机即使松劲腿也不会弹开。挂钩连接Slider A 继续向前移动直到它的挂钩钩住了 Slider B红色滑块。此时A和B连成了一体。第二阶段机翼折叠 (Collapsible wings folding) —— 对应图中步骤 2)动作丝杠电机逆时针旋转往回走。腿保持不动虽然 Cable 1 松了但因为紫色挂钩锁着后腿依然保持弯曲蓄能状态。带着滑块B走因为步骤1Slider A 钩住了Slider B所以Slider A往回走时强拖着Slider B一起往回走距离 s。折叠翅膀Slider B往后走拉紧拉线3 (Cable 3)。这根线连着翅膀把翅膀强行拉折起来。目的此时机器人准备起跳折叠翅膀是为了减小垂直方向的空气阻力让跳得更高。第三阶段联合触发 (Combined trigger) —— 对应图中步骤 3)这是最精彩的一步跳跃和展翅同时发生。动作丝杠电机继续逆时针旋转再往回走一点点距离Δs。双重触发触发跳跃Slider A 的继续后移拉紧了拉线2 (Cable 2)。这根线专门用来触发那个紫色挂钩。挂钩被拉开后腿瞬间解锁压缩的弹簧释放能量腿猛地蹬地 -机器人跳出去了。触发展翅同时Slider A 的后移导致它与 Slider B 的挂钩脱开Unlock。被动展开一旦Slider B 没人拉着了之前折叠翅膀时被拉伸的橡皮筋 (Rubber bands)瞬间回弹把 Slider B 推回原位翅膀随之迅速展开 -机器人进入滑翔模式。这是整个控制系统的架构图吗实现的能力及其背后的设计这个是建立的某种气动模型吗这个是最佳轨迹的生成器吗我们可能也会用到。看看逻辑是什么这个图的最佳轨迹是怎么得到的然后追踪得为什么那么好是仿真吗右边这个示意图太好了