可重构软体模块化机器人研制及其运动仿真研究

发布时间：2021-07-27 17:41

　　在科技发展的今天,软体机器人在各个领域中获得了越来越多的应用,特别是在一些地形复杂或环境恶劣的情况下,如管道探索、孔洞或者墙缝等,使用软体机器人代替人类工作即高效又安全,但其自身构型无法改变。假如针对每种环境设计各式的软体机器人将产生资源浪费,而模块化软体机器人由一个或多个组成,其自身变形能力强,运动形式丰富。当模块化的概念与软体材料互相结合,两者又碰撞出了激烈的火花。作为最新最前沿的机器人概念,它同样也面临着一些严重的问题,例如软体模块的结构、驱动方式和运动规划算法等。本文通过前人的经验构建了一种软体模块,设计了一套对应的简易控制系统,并通过Voxcad软体物理引擎开发了一款软体模块化机器人运动学仿真软件。并且其结构更适合自重构的功能。对于软体模块而言,设计其正方体结构,在周边十二条棱上内部均嵌有圆柱形磁铁。然后对其模型进行理论分析,在ABAQUS软件中进行运动学仿真,以确定设计参数满足实验的需求。最后为该软体模块设计了小批量生产的模具,在保证质量的前提下通过3D打印制作出了实物。对于控制系统平台,本设计建立了软体模块的闭环反馈控制系统。从硬件的选型开始,例如微控制器,气压传感器和气... 

【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】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

刚性模块化机器人[6-11]

图 1-1 刚性模块化机器人[6-11]剑桥大学的 Daniela Rus，Cagdas D. Onal 等人在 2012 年左右将模块软体硅胶类材料结合到了一起，如图 1-2 a）所示，研制出一款可以弯曲的软体模块单元[12]。这种模块采用气动驱动，在机器人外部利用电池提供能源，同时运用化学反应过氧化氢的催化分解反应制备气体体模块进行运动。此外，如图 1-2 b）所示，机器人通过分布式控制款软体模块化机器人进行了移动步态研究，实现了软体机器人整体协动过程。

图 1-3 柔性静电吸附连接机构[13]该团队在 2013 年还开发出一款软体模块化机器人仿真平台，这为今后机器人在仿真领域打下了坚实的基础，该平台可以通过设置材料特性从而真环境中模块单元进行大非线性变形仿真分析[14]。该仿真平台具有较高速度，如图 1-4 所示，为软体模块单元自折叠重构过程仿真。图 1-4 柔性材料仿真过程卡内基梅隆大学 Sehyuk Yim 等人在 2013 年基于立方体柔性模块单元 S

【参考文献】：
期刊论文
[1]仿尺蠖蠕动模块化软体机器人的设计[J]. 王绪,费燕琼,许红伟,朱宇航.  高技术通讯. 2015 (Z1)
[2]填充橡胶本构模型研究进展[J]. 危银涛,方庆红,金状兵,冯希金.  高分子通报. 2014(05)
[3]模块化重构机器人技术的现状与发展综述[J]. 王兵,蒋蓁.  机电工程. 2008(05)
[4]模块化自重构机器人蠕虫构型的运动控制[J]. 赵杰,张玉华,朱延河,任宗伟,蔡鹤皋.  东南大学学报(自然科学版). 2007(03)

博士论文
[1]一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构[D]. 金虎.中国科学技术大学 2016

硕士论文
[1]基于弹载SAR成像底层数据库多核并行优化的研究[D]. 冉聃.西安电子科技大学 2017
[2]模块化自重构机器人协调运动规划与运动功能进化研究[D]. 尹靖淳.哈尔滨工业大学 2010
[3]模块化可重组机器人自动对接技术研究[D]. 马建军.国防科学技术大学 2004



本文编号：3306245