基于3D打印技术的软体机器人的设计与实验研究

发布时间：2021-06-17 07:58

　　软体机器人是当今机器人技术的新兴热点和发展前沿,随着机器人技术的不断发展,各类型软体机器人被设计开发并在很多领域得到应用。其中软体爬行机器人是软体机器人的主要研究方向之一,其通过模仿自然界中软体生物的运动方式来实现爬行运动,能够以自身变形的方式通过狭小的空间,具有其他运动形式软体机器人不具备的优点和独特性。但是目前开发的软体爬行机器人大多存在制造工艺落后、驱动结构简单、运动方式单一以及环境适应性较差的问题,因此有必要对软体爬行机器人的制造方法、驱动结构以及运动方式进行研究分析。本文针对软体爬行机器人制造工艺落后的问题,基于传统熔融沉积式（FDM）3D打印平台,研究搭建了能够打印软体机器人本体的柔性丝材3D打印平台;基于墨汁直接写入式（DIW）3D打印平台,研究搭建了能够打印软体机器人本体及驱动结构的硅胶材料3D打印平台。针对软体爬行机器人驱动结构简单、运动方式单一的问题,设计制造了一种多驱动器软体机器人。针对软体爬行机器人环境适应性较差的问题,设计制造了一种多运动模式软体机器人。同时针对本文设计的两种气动软体爬行机器人,建立了相关数学模型,并应用Abaqus软件对软体机器人的驱动结构进... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２多步态软体机器人［１６］?

行机器人主要通过利用身??体的弯曲或伸缩变形产生相应的前进动力，其身体结构和运动方式主要参考尺蠖和蚯??蚓等软体生物。蠕动式软体爬行机器人由于其爬行运动主要依靠本体结构的变形，具??有良好的平衡能力和环境适应性，与多足式软体爬行机器人相比不仅控制简单，并且??更加适应复杂的地面环境。??１．２．１多足式软体爬行机器人的研宄现状??２０１１年哈佛大学Ｒ．?Ｆ．?Ｓｈｅｐｈｅｒｄ等人［１６］利用３Ｄ打印模具的方法，在嵌入式气动??网络执行结构的基础上，设计制造了一种多步态软体机器人，如图１－２所示。该软体??机器人的设计参照了鱿鱼的生理结构，具有四条腿以及一个中间部位执行机构。它由??气动驱动，能够在简单的低压气阀系统控制下完成复杂的动作，可以通过狭窄的环境，??拥有良好的环境通过性。??图１－２多步态软体机器人［１６］?图１－３可变色软体机器人［１７］??２０１２年Ｒ．?Ｆ．?Ｓｈｅｐｈｅｒｄ等人＿在之气严々步态软体炉．芎人的基础上，通过模??仿自然界中软体生物的变色伪装能力，设计了一种具有变色能力的软体机器人，如图??１－３所示。该机器人结合了微流体、图案以及不同颜色来实现软体机器人的伪装显示??和爬行运动。通过微流体通道网络来泵送有色或温控的流体用于软体机器人的伪装显??示，通过气动驱动的方式完成软体机器人的爬行运动。??２０１４年瑞士?ＥＰＦＬ机器人研宄所研究设计了一种多足式软体爬行机器人［１８］，如??４??

基于３Ｄ打印技术的软体机器人的设计与实验研究?第一章绪论??图１－４所示。该软体机器人由软体驱动器、躯千模块以及软关节等三个部分组成。该??软体机器人由气压驱动，当软体驱动器充气膨胀时，驱动器与地面产生摩擦力，摩擦??力的反作用力将推动软体机器人向前爬行。该软体机器人具有六条腿，可以实现软体??机器人爬行步态的控制。??Ｌ?画漏??图１４多足式软体爬行机器人［｜８】?图１－５仿海星软体机器人［１９１??２０１４年中国科学技术大学杨杰研宄组利用３Ｄ打印技术研制了一种仿海星软体机??器人［１９］，如图１－５所示。设计人员模仿具有对称结构和柔软内部骨骼的海星，使用??３Ｄ打印技术构建了软体机器人的本体结构，其打印材料为硅橡胶，并使用形状记忆??合金（ＳＭＡ）作为驱动器。该软体机器人的每个角都可以由ＳＭＡ驱动产生弯曲变形，??可以实现爬行运动，并且能够跨越大约是其身高两倍的障碍物。??．塞??图１－６?３Ｄ打印单片六自由度软体机器人［２＜）１??２０１５年韩国成均馆大学的Ｃ．?Ｔ．?Ｎｇｕｙｅｎ等人利用３Ｄ打印技术，设计制造了一种??单片多自由度的六足软体机器人［２（）］，如图１－６所示。该软体爬行机器人通过模仿昆虫??的行走姿势，采用交替的三脚架步态结构来驱动软体机器人的六条腿，使其在平坦的??地形上具有很好的适应性，采用软体多自由度执行机构实现了机器人腿的多自由度运??５??

【参考文献】：
期刊论文
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[10]基于3D打印的熔融沉积快速成型工艺若干问题研究[J]. 赵天婵,黄海.  机械工程师. 2016(04)

博士论文
[1]具有多运动模式的可变形软体机器人研究[D]. 杜勇.中国科学技术大学 2013

硕士论文
[1]一种软体机器人执行器的建模与实验研究[D]. 苗雨.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于气动软体驱动器的仿生爬行机器人研究[D]. 席作岩.哈尔滨工程大学 2017
[3]一种充气式软体全向弯曲模块关键技术研究[D]. 董红兵.哈尔滨工业大学 2016
[4]线驱动硅胶软体机械臂建模与控制[D]. 王超.上海交通大学 2015



本文编号：3234809