软体爬行机器人的设计与研究
发布时间：2021-08-08 00:58
随着科技的迅猛发展,机器人技术的应用越来越普遍。但是传统的刚性机器人难以适应非结构环境,自由度有限,不能满足一些特殊领域的需求,因此,软体机器人应运而生。软体机器人一般以软体生物为仿生对象,以高弹性材料为主体。理论上来说软体机器人具有无穷多个自由度,可以根据需求改变自身的形状和尺寸,具有极好的环境适应性,且由于其以软材料为主体,能操作一些形状不规则或易碎的物品,因此特别适用于营救探索、医疗服务等领域。虽然软体机器人具有上述特有的优点,但不可否认,软体机器人在当前阶段仍存在较多问题。其中较为突出的是软材料变形的不可预估性导致的建模和控制的不精确性,承载能力较弱等。本文针对电机-驱动线驱动的可爬行软体机器人进行研究,主要的研究内容及创新点概述如下:（1）设计并制作了一款电机-线驱动的“一字型”软体机器人并实现了其爬行运动。该机器人以硅胶材料为主体,底部与基底之间离散接触,两端分别固定了一个摩擦机制帮助爬行,模块化的设计便于装配与维修。（2）针对目前同样驱动方式的软体爬行机器人中很少有转弯功能这一现状,给出了两种方法实现“一字型”软体机器人的转弯功能,分别是:一、设计了一款四驱动线软体机器人...
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GoQBot机器人及其试验过程
图 1-1 四足变形机器人穿过狭缝[3-6]Fig.1-1 Multigait soft robot crawling to a short gap[3-6](2) GoQBot 机器人[7-10]美国塔夫斯大学 Barry Trimmer 等人研究出一个 GoQBot 机器人，其大部分由硅胶制成，内部嵌有细小的记忆合金为驱动。它是以自然界中的毛毛虫为仿生对象的，不仅外形与毛毛虫非常相似，还可以模仿毛毛虫爬行，通过控制机器人底部与基底之间的作用力以及机器人主体的张力，产生前进的爬行动作。不仅如此，GoQBot 机器人还可以利用其可高度变形的能力将身体卷曲成一个球体，然后快速地释放存储的弹性能来产生弹道式的滚动，到达指定位置后又恢复成原始状态，如图 1-2 所示。GoQBot 可以在 0.1 秒内迅速蜷曲成球，达到 0.5 米/秒的高速运动。正是由于 GoQBot 运动迅速，体积小巧，因此能够很好地运用在灾区救援、环境检测等方面，实现科学家们为弥补传统刚性机器人的不足而研究软体机器人的初衷。
上海交通大学硕士学位论文(3) 章鱼机械臂[13-17]章鱼机械臂形似章鱼触手，以硅胶和树脂为主体，内部嵌有人造肌肉纤维以及拉线作为驱动线。研究过程中，研究人员使人造肌肉纤维的状态发生变化，或者遥操作拉线，从而让其实现弯曲、抓取物品等操作。另外，该团队还研制了一款由八个上述章鱼机械臂组成的机器人，该机器人可以完成类似章鱼运动状态的运动。上述提及的章鱼机械臂的弯曲状态及章鱼机器人如图 1-3 所示。章鱼机械臂（机器人）可以用于深海探索、水下救援等发现自然和挽救人民生命财产安全的活动，甚至能作为操作手在外科微创手术中发挥作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]软体机器人结构机理与驱动材料研究综述[J]. 李铁风,李国瑞,梁艺鸣,程听雨,杨栩旭,黄志龙. 力学学报. 2016(04)
[2]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)
[3]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[4]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力. 机械工程学报. 2012(03)
[5]ICPF驱动的柔性微型机器龟腿的动力学分析[J]. 李德胜,聂林,郭书祥. 传感技术学报. 2008(11)
[6]RS232/USB转换器的设计[J]. 陈心浩. 电子技术. 2003(10)
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
本文编号：3328883
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GoQBot机器人及其试验过程
图 1-1 四足变形机器人穿过狭缝[3-6]Fig.1-1 Multigait soft robot crawling to a short gap[3-6](2) GoQBot 机器人[7-10]美国塔夫斯大学 Barry Trimmer 等人研究出一个 GoQBot 机器人，其大部分由硅胶制成，内部嵌有细小的记忆合金为驱动。它是以自然界中的毛毛虫为仿生对象的，不仅外形与毛毛虫非常相似，还可以模仿毛毛虫爬行，通过控制机器人底部与基底之间的作用力以及机器人主体的张力，产生前进的爬行动作。不仅如此，GoQBot 机器人还可以利用其可高度变形的能力将身体卷曲成一个球体，然后快速地释放存储的弹性能来产生弹道式的滚动，到达指定位置后又恢复成原始状态，如图 1-2 所示。GoQBot 可以在 0.1 秒内迅速蜷曲成球，达到 0.5 米/秒的高速运动。正是由于 GoQBot 运动迅速，体积小巧，因此能够很好地运用在灾区救援、环境检测等方面，实现科学家们为弥补传统刚性机器人的不足而研究软体机器人的初衷。
上海交通大学硕士学位论文(3) 章鱼机械臂[13-17]章鱼机械臂形似章鱼触手，以硅胶和树脂为主体，内部嵌有人造肌肉纤维以及拉线作为驱动线。研究过程中，研究人员使人造肌肉纤维的状态发生变化，或者遥操作拉线，从而让其实现弯曲、抓取物品等操作。另外，该团队还研制了一款由八个上述章鱼机械臂组成的机器人，该机器人可以完成类似章鱼运动状态的运动。上述提及的章鱼机械臂的弯曲状态及章鱼机器人如图 1-3 所示。章鱼机械臂（机器人）可以用于深海探索、水下救援等发现自然和挽救人民生命财产安全的活动，甚至能作为操作手在外科微创手术中发挥作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]软体机器人结构机理与驱动材料研究综述[J]. 李铁风,李国瑞,梁艺鸣,程听雨,杨栩旭,黄志龙. 力学学报. 2016(04)
[2]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)
[3]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[4]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力. 机械工程学报. 2012(03)
[5]ICPF驱动的柔性微型机器龟腿的动力学分析[J]. 李德胜,聂林,郭书祥. 传感技术学报. 2008(11)
[6]RS232/USB转换器的设计[J]. 陈心浩. 电子技术. 2003(10)
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
本文编号：3328883
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