全向运动仿蠕虫柔性机器人的结构设计

发布时间：2021-01-08 09:55

　　随着机器人的发展,机器人进入到越来越多的领域,在一些复杂狭小的地形下,传统机器人因多采用硬质材料制得,导致刚度过大,无法满足其作业要求。基于此,软体机器人越来越受到研究者们的关注。软体机器人可变形、自由度高,在医疗、救援、勘察领域巨大的应用前景。但是软体机器人在其材料、加工、控制、仿真模拟上仍有很多不足。本文对气动仿蠕虫软体机器人驱动器结构进行了研究,主要研究内容与成果包括:设计了一种三腔式仿蠕虫软体机器人的结构,材料选用硅胶与纤维,通过三腔的搭配使机器人能在空间中实现全向运动功能;提出在触足前接触面涂抹摩擦系数较小的材料来增加非对称性摩擦,以此增加运动性能。推导出简化驱动器模型的弯曲方向与驱动气压之间的关系、驱动器模型伸长比与驱动气压之间的关系、弯曲角度与驱动气压之间的关系。对驱动器进行ABAQUS有限元仿真模拟,选用Yeoh模型作为驱动器基体硅胶材料的本构模型,研究了纤维环半径、纤维环间距、纤维缠绕方式、气腔形状这四个因素对驱动器的伸长与弯曲性能的影响。结果表明:增大纤维环半径能提升驱动器的伸长与弯曲性能;增大纤维环间距会出现气涨现象,适当的气涨现象可以提升驱动器的伸长与弯曲性能;... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

仿生章鱼机器人

图 1-2 仿毛虫机器人如图 1-2 所示的是由 Tufts 大学 Barrty A. Trimmer 实验室研制的一款仿机器[19]。将形状记忆合金制作成弹簧的样子，内置于由硅胶材料组成的基体中。通过在硅胶基体中嵌入纤维丝，使硅胶基体产生各向异性[20]。对 SMA 的加热，可以使机器人达到 30%到 100%的应变。硅胶基体提供器的回复力。通过加热—伸长—断电恢复温度—硅胶提供收缩力的循环达到前进的运动的目的。此外国外还有日本立命管大学研制的蠕动跳跃机器人，可以完成蠕动跃动作；美国塔夫斯大学研制软体机器人 GoQBot，可以滚动与跳跃[21]些都是利用 SMA 材料来驱动的软体机器人。国内同样在 SMA 驱动机器人上有很多研究。浙江大学刘伟庭博士， SMA 的特点，研制了如图 1-3 所示的柔性蠕虫机器人[22]。水平面爬行可以得到 2.5 mm/s，还能够在 40 度斜坡上爬行，同样是将 SMA 内嵌于基体内，采用分段驱动，来带动机器人运动。

图 1-3 柔性蠕虫机器人还有中国科学技术大学毛世鑫博士研制的仿海星结构机器人[23]。如图1-4 所示为五足海星状机器人，每一个足内都有嵌有 SMA 材料，通过分别控制五个足内的 SMA 产生形变，运动组合，使海星产生不同的运动。图 1-4 五足仿海星机器人

【参考文献】：
期刊论文
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[10]单向聚酯帘线增强橡胶材料疲劳特性研究[J]. 刘宇艳,万志敏,田振辉,杜星文.  复合材料学报. 1998(04)

博士论文
[1]辐射对称仿生柔体机器人协同推进机理及实现技术[D]. 毛世鑫.中国科学技术大学 2014
[2]软体蠕动机器人系统之研究[D]. 刘伟庭.浙江大学 2006

硕士论文
[1]多运动模式仿蠕虫气动柔性机器人关键技术研究[D]. 周雄兵.南京理工大学 2017
[2]介电高弹体柔性结构设计与力电耦合性能研究[D]. 邹咤南.浙江大学 2014



本文编号：2964388