软体智能机器人的系统设计与力学建模

发布时间：2022-01-06 06:08

　　机器人或机电装备通常由电机模组、液压元件、齿轮和铰链等硬质部件构成,具有动力足、精度高等优点,但在实现低噪声、高安全系数与亲和性等方面存在挑战.受自然界生物体的柔软特性与高环境适应性的启发,设计制造软体机器人是近年来机器人领域的研究热点.作为软体机器人的核心构成部分,智能软材料可在外界不同刺激下产生不同响应,具有材料柔韧、生物相容性好、易于制备、价格低廉等优点,可广泛应用于机器人的设计与制造.几类典型的具备驱动功能的智能软材料与结构获得广泛的研究,包括气动软体肌肉、形状记忆合金/聚合物、离子交换聚合物、介电高弹体、响应水凝胶等.本文介绍了多种驱动类型的软体智能机器人研究成果,并从软体智能机器人的系统设计与力学建模两个方面进行了归纳分析与讨论. 

【文章来源】：力学进展. 2020,50(00)北大核心EICSCD

【文章页数】：26 页

【部分图文】：

1微流道型软控制器(Wehner et al.2016)

软体机器人不同于一般的刚性机器人,它具有无限多个自由度,且变形接近于连续体的行为,理论上可以通过连续数学来对这种行为建模,但也导致了这种建模的复杂性,加上软体机器人是一门综合了多种科学的学科,所以对其建模需要掌握诸如电学、化学等学科知识.一直以来,建立精确的软体机器人的力学模型都是一项挑战.通常,将软体机器人的力学建模分为3类:静力学模型,运动学模型和动力学模型.静力学建模通常指应用材料的本构模型,力学和几何关系建立本体材料模型,分析多场耦合下的力学特性.此类问题的分析思路通常是根据材料的本构方程和研究对象的力和几何关系方程,应用其边界条件解出应力应变关系等未知量.

再根据其几何与应力应变关系方程式中,H表示膜的厚度,R,r,z表示点在图示坐标系中的位置,p表示压力,θ表示图示的倾角.最后用到边界条件r(0)=0,z(0)=0,θ(0)=0和r(A)=a,得到z(R),r(R),θ(R)和λ1(R),也可以进一步得到其他控制方程.

【参考文献】：
期刊论文
[1]软体机器人运动学与动力学建模综述[J]. 蒋国平,孟凡昌,申景金,徐丰羽.  南京邮电大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述[J]. 王树新,员今天,石菊荣,刘又午.  机器人. 2002(01)

博士论文
[1]仿生乌贼推进器及其流体动力仿真和实验研究[D]. 李健.哈尔滨工业大学 2011

硕士论文
[1]SMA驱动的仿乌贼喷射推进器原型研究[D]. 杜威.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3571890