随着人类对火星探索的深入，熔岩管作为潜在资源和居住地的科学价值受到广泛关注。然而，这些复杂且规模宏大的地下空间，对传统探测技术提出了严峻挑战。因此，本文介绍了一款专为火星熔岩管探索设计的跳跃机器人，其核心设计目标是以跳跃为主要运动方式，同时兼具步行能力，以应对复杂地形和极端环境。
设计理念
该机器人采用了5杆并联机构作为腿部结构，以优化火星低重力环境中的垂直跳跃能力。设计强调高效能的动力系统与结构轻量化，同时集成了弹簧辅助跳跃与能量回收系统，以实现连续跳跃能力。主要设计目标包括：
- 跳跃能力：机器人需在地球和火星的重力条件下均能实现大幅度垂直和前向跳跃，克服高度超过自身的障碍。
- 姿态控制：在空中通过腿部动态调整实现稳定落地，避免损坏。
- 能量回收：通过弹簧和电机的协同作用，减少跳跃和着陆过程中的能量损失，延长运行时长。
该机器人还具备标准步行能力和低能耗静止姿态，适应多样化的任务需求。
数据反馈与性能测试
设计通过MATLAB Simscape的仿真与实物测试验证了其性能：
- 跳跃高度：在地球重力环境下，最大跳跃高度达到1.52米；在火星重力环境下可达3.63米。
- 实验结果：在实验安全裕度下，实测跳跃高度为1.141米，地面爪部离地高度为0.7米，展现了卓越的机械设计和控制能力。
- 能耗优化：弹簧和电机配合，使静止时电机能耗接近于零，并允许稳定的深蹲和直立姿态切换。
动力系统
该机器人选用了CubeMars AK70-10模组电机，具备以下性能：
- 峰值扭矩24.8 Nm，支持高峰值输出的短时跳跃。
- 内置编码器，支持CAN-bus高速通讯（1 MHz）。
- 通过行星齿轮箱实现10:1减速比，为5杆并联机构提供充足动力。
- 使用两块Tattu R-Line 5.0 1200 mAh电池串联，确保满足高电流需求，并为未来拓展至四足系统提供余量。
该电机的选择结合了成本效益和高性能，为整机的跳跃和步行能力提供可靠保障。
结语与展望
该跳跃机器人通过创新的5杆设计与高效动力系统，展示了在低重力环境中灵活探测的潜力。未来的研究将继续优化跳跃控制算法，并可能扩展至四足版本，为火星等外星体复杂地形的自主探测提供更为全面的解决方案。
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