气动肌肉驱动仿青蛙游动机器人结构设计及其控制系统研究

发布时间：2021-02-27 02:16

　　近年来,陆地资源逐渐枯竭。探索海洋湖泊将其安全合理的开发并造福于人类,成为世界各国关注的焦点。随之而来,产生了诸如深海资源勘探,海洋湖泊监控警报,水中生物研究与抢险救灾反恐爆破等科学研究和军事安全的需求。受益于这样的需求,仿生潜水机器人相关研究得到了快速的发展。青蛙为一种两栖动物,兼具水中游动和陆地跳动两种运动方式。模仿青蛙强大爆发性的后肢研制仿青蛙机器人,和现有的传统水下机器人相比,能够拥有更快的速度、爆发性以及灵活性。本文通过完成仿青蛙游动机器人的结构设计与控制系统研究,探究区别于鱼鳍摆动,水翼拍动和反冲式推进方式不同的脚蹼滑动推进方式,并解决水下机器人的关节位置伺服控制问题,为设计出一种具有青蛙两栖特性的仿生水下机器人奠定基础。首先,分析野生黑斑蛙的肌肉和骨骼结构,结合其游动姿态,抽象出仿青蛙机器人的后肢模型,对简化后的机构模型进行仿真和优化,得出最优的关节尺寸,安装角度。为了更好地模仿生物青蛙的游动姿态,针对青蛙后肢多自由度的性质,依据上述参数,设计五自由度仿青蛙机器人后肢,包含髋关节姿态调整机构,模块化仿青蛙机器人后肢和被动力检测脚蹼。设计集成在仿青蛙机器人躯干内的供气系统和... 

【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

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

洛桑联邦理工学院的机器蝾螈

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文栖机器人肌骨骼系统作用机理研究”。.2 仿生水下推进机器人的研究现状仿生水下仿生机器人主要是通过模仿鱼类的游动方式来实现推进的国内外对水下机器人研究的主要成果如下进行阐述。图 1-1 所示为 EPFL 的 Ace 设计的仿蝾螈机器人。该机器人具有六由度，使得它可以更好地模仿蝾螈的姿态。四肢和脊椎自由度各用一制共需 10 个舵机，这样的机构设计实现了两栖爬行机器人的身体 S 式。通过无线模块控制机器人的运动，关节舵机可以调整运行速度[5

图 1-1 洛桑联邦理工学院的机器蝾螈 图 1-2 圣安娜高等学校的仿章鱼机器人图 1-2 所示为意大利圣安娜高等学校 Cecilia Laschi[6]研制的仿章鱼机器种仿章鱼机器人采用形状记忆合金驱动，形状记忆合金可以在温度不同的下恢复设定的形状。Cecilia Laschi 通过电阻丝热量来实现这种温度的变对章鱼的不同运动姿态，可以设定形状记忆合金的不同初始姿态，实现仿机器人的不同的运动工态。图 1-3 所示为加州理工大学的 Thomas[7]等人通过对声波产生原理的研计了一种反冲式推进器，通过声波产生器，带动容腔内的空气产生剧烈震动于这种振动，导致气仓内气压发生变化，进而带动末端驱动橡胶薄膜的震生往复的前进方向驱动力，带动驱动器外部的水产生周期性的反冲运动，完成游动。实验最终测得以 10cm/s 的速度运动时，可产生 0.2N 的推进力

【参考文献】：
期刊论文
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[2]气动肌腱性能研究[J]. 刘力搏.  科技信息. 2013(18)
[3]中央鳍/对鳍推进模式的仿生自主水下机器人发展现状综述[J]. 王田苗,杨兴帮,梁建宏.  机器人. 2013(03)
[4]水下机器人发展趋势[J]. 徐玉如,李彭超.  自然杂志. 2011(03)
[5]仿生机器鱼研究进展及发展趋势[J]. 王扬威,王振龙,李健.  机械设计与研究. 2011(02)
[6]我国3种姬蛙Microhyla骨骼系统的比较研究（Amphibian:Microhylidae）[J]. 郑克财,唐霆,张从彬,郭鹏.  四川动物. 2009(02)
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[8]McKibben气动人工肌肉技术的发展历程[J]. 张远深,刘明春,赵娜,何再龙,曾志钢.  液压与气动. 2008(07)
[9]中国林蛙的骨骼系统[J]. 杨棋,刘绍龙,吴贯夫.  四川动物. 2008(03)
[10]气动人工肌肉的动态驱动特性研究[J]. 何国昆,刘吉轩,张振营.  西安交通大学学报. 2008(05)

博士论文
[1]仿海龟柔性水翼推进技术研究[D]. 刘晓白.哈尔滨工程大学 2012

硕士论文
[1]仿蛙机器人设计及间歇跳跃轨迹规划研究[D]. 芦晨军.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于气动肌肉驱动的仿蛙腿游动机构控制系统研究[D]. 王欢.哈尔滨工业大学 2015



本文编号：3053527