基于压电驱动的微型六足爬行机器人的设计与制造
发布时间：2021-03-28 05:30
微型爬行机器人是机器人领域中结合了仿生学技术并运用了新材料、新工艺的一大研究方向。本论文所研究的基于压电驱动的微型六足爬行机器人融合了多个领域学科,包括仿生学、运动学与动力学、机械设计学、微尺度驱动技术、微系统加工技术等诸多方面。本论文主要从传动机构设计、压电驱动器结构设计、爬行机器人动力学模型、压电驱动器的理论模型分析、微系统加工工艺、测试平台的搭建以及相关实验研究等方面对微型六足爬行机器人进行了相关研究。首先,基于六足纲昆虫的运动机理提出了一种腿部连杆传动机构,并完成了运动单元节传动机构的设计与压电驱动器的结构设计,建立了整体的三维机构模型,随后对爬行机器人的动力学模型以及压电驱动器进行了理论分析。之后介绍了针对爬行机器人各部分零部件的多层材料叠合的加工工艺,通过该加工工艺制造出了微型六足爬行机器人的样机。最后,通过实验测试平台对压电驱动器进行了空载和负载情况的位移响应测试,并分析了其对整机运行的影响。本论文为微型六足爬行机器人领域的研究提供了一种新的传动机构模型,该结构的设计与其对应的加工工艺对今后进一步的研究具有一定的指导意义。
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多功能搜救机器人Fig.1-1Multi-functionrescuerobot
环境下工作的机器人种类已经越来越多，如爬行机器人现在就执行各种特殊任务的重要技术工具。爬行机器人是移动机器人角度，可以划分为：蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、蟑螂式驱动方式，可以划分为：液压驱动爬行机器人、电动爬行机器等；按功能用途，可以划分为：清洗爬行机器人、检测爬行机人等；按行动方式，可以划分为：轮式、蠕动式、履带式等[2]。境，可以为爬行机器人选择合适的驱动方式与运动方式，进而同结构和用途的爬行机器人，如电磁吸附多足爬行机器人、气器人、电驱动壁面焊弧爬行机器人等。每种形式的爬行机器人机械结构和应用特点。目前国内外在爬行机器人领域的研究都成果，其中一些已经被运用到了实际任务中[3]。日本是最早进行机器人技术研究的国家，其成果在各大世界级目共睹。在爬行机器人技术领域，目前最尖端的成果也掌握在
要作用是通过一组加速度器和一个光纤激光陀螺仪跟踪机器人的运动状态。机器人的执行器（即腿部）的材料是铝合金，其强度足以支撑钢架结构的机身重量。在每条腿上有 3 个通过传动装置传递动力的关节，以及一个附有弹簧的“弹性”关节。各关节上的传感器可以感知支撑力的变化以及关节的位移变化，这些数据经过电脑分析后可以得知爬行机器人在行进过程中的地势变化，并对下一个步态作出相应的决策，例如四条腿在下一刻应该抬起还是放下，向左走还是向右走。机器人的腿部关节是靠液压驱动的，在计算机的精确控制下，每秒钟各关节的液压可以实现 500 次重新配置，这使得机器人的爬行动作具有非常快速的应变能力，例如当计算机检测到有某一条腿比预期更早着地，那么很可能爬行机器人已经遇到了一个障碍物或者正处于上坡的状态，随后计算机会即使修改各关节液压的变化趋势，从而及时调节机器人的步伐，使机器人能稳定前进。“BigDog”机器人是目前四足大型爬行机器人的技术巅峰，它能很好的适应沙地、雪地、树林以及山地等各种复杂地形，并且在突发外力（例如被从侧面踹了一脚）的作用下依然能很快地恢复姿态，唯一一个比较大的缺点是它的动力核心发出的噪声实在太大。波士顿动力在该项目中研发了多个版本的爬行机器人，如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球智能机器人亮相2015世界机器人博览会[J]. 田恬. 科技导报. 2015(23)
[2]仿昆扑翼微飞行器中压电驱动器的性能参数分析[J]. 柴双双,张卫平,柯希俊,邹阳,张伟,叶以楠,张正,胡楠,吴凡,陈文元. 上海交通大学学报. 2015(05)
[3]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[4]机器人技术在地震废墟搜索救援中的应用[J]. 张涛,尚红,许建华,刘亢,张媛,王金萍. 自然灾害学报. 2012(05)
[5]浅析BigDog四足机器人[J]. 丁良宏,王润孝,冯华山,李军. 中国机械工程. 2012(05)
[6]可变形灾难救援机器人控制站系统的设计与实现[J]. 王楠,吴成东,王明辉,李斌. 机器人. 2011(02)
[7]三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发[J]. 叶长龙,马书根,李斌,王越超. 机械工程学报. 2009(05)
[8]仿生蚂蚁煤矿救灾机器人的单腿运动学分析[J]. 黄俊军,葛世荣,曹为. 煤矿机械. 2008(01)
[9]履带式移动机器人研究综述[J]. 陈淑艳,陈文家. 机电工程. 2007(12)
[10]救援机器人的发展及其在灾害救援中的应用[J]. 董晓坡,王绪本. 防灾减灾工程学报. 2007(01)
硕士论文
[1]基于压电式驱动仿生蚂蚁的设计与制造[D]. 李一帆.上海交通大学 2017
本文编号：3104975
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多功能搜救机器人Fig.1-1Multi-functionrescuerobot
环境下工作的机器人种类已经越来越多，如爬行机器人现在就执行各种特殊任务的重要技术工具。爬行机器人是移动机器人角度，可以划分为：蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、蟑螂式驱动方式，可以划分为：液压驱动爬行机器人、电动爬行机器等；按功能用途，可以划分为：清洗爬行机器人、检测爬行机人等；按行动方式，可以划分为：轮式、蠕动式、履带式等[2]。境，可以为爬行机器人选择合适的驱动方式与运动方式，进而同结构和用途的爬行机器人，如电磁吸附多足爬行机器人、气器人、电驱动壁面焊弧爬行机器人等。每种形式的爬行机器人机械结构和应用特点。目前国内外在爬行机器人领域的研究都成果，其中一些已经被运用到了实际任务中[3]。日本是最早进行机器人技术研究的国家，其成果在各大世界级目共睹。在爬行机器人技术领域，目前最尖端的成果也掌握在
要作用是通过一组加速度器和一个光纤激光陀螺仪跟踪机器人的运动状态。机器人的执行器（即腿部）的材料是铝合金，其强度足以支撑钢架结构的机身重量。在每条腿上有 3 个通过传动装置传递动力的关节，以及一个附有弹簧的“弹性”关节。各关节上的传感器可以感知支撑力的变化以及关节的位移变化，这些数据经过电脑分析后可以得知爬行机器人在行进过程中的地势变化，并对下一个步态作出相应的决策，例如四条腿在下一刻应该抬起还是放下，向左走还是向右走。机器人的腿部关节是靠液压驱动的，在计算机的精确控制下，每秒钟各关节的液压可以实现 500 次重新配置，这使得机器人的爬行动作具有非常快速的应变能力，例如当计算机检测到有某一条腿比预期更早着地，那么很可能爬行机器人已经遇到了一个障碍物或者正处于上坡的状态，随后计算机会即使修改各关节液压的变化趋势，从而及时调节机器人的步伐，使机器人能稳定前进。“BigDog”机器人是目前四足大型爬行机器人的技术巅峰，它能很好的适应沙地、雪地、树林以及山地等各种复杂地形，并且在突发外力（例如被从侧面踹了一脚）的作用下依然能很快地恢复姿态，唯一一个比较大的缺点是它的动力核心发出的噪声实在太大。波士顿动力在该项目中研发了多个版本的爬行机器人，如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球智能机器人亮相2015世界机器人博览会[J]. 田恬. 科技导报. 2015(23)
[2]仿昆扑翼微飞行器中压电驱动器的性能参数分析[J]. 柴双双,张卫平,柯希俊,邹阳,张伟,叶以楠,张正,胡楠,吴凡,陈文元. 上海交通大学学报. 2015(05)
[3]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[4]机器人技术在地震废墟搜索救援中的应用[J]. 张涛,尚红,许建华,刘亢,张媛,王金萍. 自然灾害学报. 2012(05)
[5]浅析BigDog四足机器人[J]. 丁良宏,王润孝,冯华山,李军. 中国机械工程. 2012(05)
[6]可变形灾难救援机器人控制站系统的设计与实现[J]. 王楠,吴成东,王明辉,李斌. 机器人. 2011(02)
[7]三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发[J]. 叶长龙,马书根,李斌,王越超. 机械工程学报. 2009(05)
[8]仿生蚂蚁煤矿救灾机器人的单腿运动学分析[J]. 黄俊军,葛世荣,曹为. 煤矿机械. 2008(01)
[9]履带式移动机器人研究综述[J]. 陈淑艳,陈文家. 机电工程. 2007(12)
[10]救援机器人的发展及其在灾害救援中的应用[J]. 董晓坡,王绪本. 防灾减灾工程学报. 2007(01)
硕士论文
[1]基于压电式驱动仿生蚂蚁的设计与制造[D]. 李一帆.上海交通大学 2017
本文编号：3104975
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