蠕动式软体管道机器人设计与实现
发布时间：2021-11-10 00:43
传统管道机器人一般由刚性材料制成,由于刚性结构本体对环境的适应能力差,机器人难以在崎岖复杂的管道环境中工作,并且刚性材料与管道接触,易对管道接触面造成损伤,加剧对管道的破坏。而软体管道机器人采用可以大变形的软体材料制成,理论上具有无限多的自由度和较强的柔顺性,能够在不对管道造成损伤的情况下,适应各种复杂的管道环境。因此,在管道探测、清洁等方面具有广泛的应用前景。针对现有的蠕动式软体管道机器人存在运动模式单一,适应管径变化能力不足的问题,本文提出了一种多运动模式的蠕动式软体管道机器人。该机器人由气动软体驱动器组成本体,在不同管径的管道中可以采用不同的运动模式运行,还可以在平面上爬行。本文所研究的主要内容包括:（1）通过研究分析尺蠖幼虫和蚯蚓的蠕动爬行机理,结合管道的尺寸和结构特点,确定了蠕动式软体管道机器人的运动模式,并完成了机器人本体结构设计。（2）利用有限元仿真软件建立了各软体驱动器的分析模型,分析了软体驱动器的结构尺寸的变化对其形变性能的影响规律,分析了各驱动器驱动气压与其形变程度的关系。根据仿真分析的结果,对软体驱动器的结构尺寸进行了改进。（3）设计制作了蠕动式软体管道机器人的浇...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气动软体爬行机器人Fig.1.1Pneumaticsoftwarecrawlingrobot
第1章绪论3南京理工大学设计了一款注水驱动式人工水母[25],如图1.2所示。通过水泵吸水为软体触手提供驱动压力，当软体触手注水加压后，其内部的各个型腔膨胀，使其整体产生弯曲变形，通过软体触手的弯曲变形来模拟水母触手在水中的游动动作。该机器人自身重量为743g，潜水深度为5m，运行速率为24mm/s，摆动频率为0.25Hz。图1.2注水驱动式人工水母Fig.1.2WaterinjectiondrivenartificialjellyfishMarchese等受自然界生物体的启发，利用Lauder等研究的柔性箔[26-27]研发了一种用流体弹性驱动器进行鱼尾驱动的软体机器鱼[28]，其运动姿态如图1.3所示。在机器鱼的鱼尾两侧，分布着2条气体通道，当气体从鱼的腹部位置被射入一侧的气体通道时，通道膨胀，使鱼尾发生弯曲，从而实现游动。该机器鱼具有持续运动和快速逃离能力，是世界上首个能够独立自主运行的软体机器人。图1.3气动软体机器鱼运动姿态图Fig.1.3Pneumaticsoftrobotfishmovementattitudediagram燕山大学并联机器人与机电系统实验室设计了一种双腔结构的轮足式仿生蠕动软体机器人[29],如图1.4所示。通过对软体机器人各气腔充气使其整体结构发生弯曲变形，周期性的充放气可以实现软体机器人在平面上的蠕动运动。引入轮足式设计，使软体机器人从依靠身体蠕动实现爬行运动变换成依靠车轮旋转实现滚动运动，这种设计有助于加快机器人的运动速度，通过向身体两侧气腔充入不同大小的气压，使机器人在平面上完成转弯运动。该机器人最高运行速度达到127.88mm/s，最小转弯半径为
第1章绪论3南京理工大学设计了一款注水驱动式人工水母[25],如图1.2所示。通过水泵吸水为软体触手提供驱动压力，当软体触手注水加压后，其内部的各个型腔膨胀，使其整体产生弯曲变形，通过软体触手的弯曲变形来模拟水母触手在水中的游动动作。该机器人自身重量为743g，潜水深度为5m，运行速率为24mm/s，摆动频率为0.25Hz。图1.2注水驱动式人工水母Fig.1.2WaterinjectiondrivenartificialjellyfishMarchese等受自然界生物体的启发，利用Lauder等研究的柔性箔[26-27]研发了一种用流体弹性驱动器进行鱼尾驱动的软体机器鱼[28]，其运动姿态如图1.3所示。在机器鱼的鱼尾两侧，分布着2条气体通道，当气体从鱼的腹部位置被射入一侧的气体通道时，通道膨胀，使鱼尾发生弯曲，从而实现游动。该机器鱼具有持续运动和快速逃离能力，是世界上首个能够独立自主运行的软体机器人。图1.3气动软体机器鱼运动姿态图Fig.1.3Pneumaticsoftrobotfishmovementattitudediagram燕山大学并联机器人与机电系统实验室设计了一种双腔结构的轮足式仿生蠕动软体机器人[29],如图1.4所示。通过对软体机器人各气腔充气使其整体结构发生弯曲变形，周期性的充放气可以实现软体机器人在平面上的蠕动运动。引入轮足式设计，使软体机器人从依靠身体蠕动实现爬行运动变换成依靠车轮旋转实现滚动运动，这种设计有助于加快机器人的运动速度，通过向身体两侧气腔充入不同大小的气压，使机器人在平面上完成转弯运动。该机器人最高运行速度达到127.88mm/s，最小转弯半径为
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮足式仿生软体机器人设计与运动分析[J]. 姚建涛,陈新博,陈俊涛,张弘,李海利,赵永生. 机械工程学报. 2019(05)
[2]软体机器人驱动研究现状[J]. 张忠强,邹娇,丁建宁,宋振玲,程广贵,王晓东,郭立强. 机器人. 2018(05)
[3]水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展[J]. 傅珂杰,曹许诺,张桢,刘先卫,李国瑞,梁艺鸣,李铁风. 科技导报. 2017(18)
[4]介电高弹体的材料、结构和器件力学（英文）[J]. Feng-bo ZHU,Chun-li ZHANG,Jin QIAN,Wei-qiu CHEN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(01)
[5]几种典型的橡胶材料本构模型及其适用性[J]. 陈家照,黄闽翔,王学仁,王珽. 材料导报. 2015(S1)
[6]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[7]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)
[8]超弹性体本构模型的理论和特种试验方法[J]. 李树虎,贾华敏,李茂东,王丹勇,秦贞明,陈海玲. 弹性体. 2011(01)
[9]橡胶材料超弹性本构模型的简化标定方法[J]. 程哲,张正艺,宋杨,解德. 固体力学学报. 2010(S1)
[10]基于Yeoh本构关系橡胶超弹性材料的无网格法分析[J]. 赵光明,宋顺成,孟祥瑞. 应用基础与工程科学学报. 2009(01)
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
硕士论文
[1]气动软体攀爬机器人设计与实验研究[D]. 杨裕栋.南京邮电大学 2019
[2]注水驱动式人工水母的设计与研究[D]. 王江华.南京理工大学 2018
[3]基于气动软体驱动器的仿生爬行机器人研究[D]. 席作岩.哈尔滨工程大学 2017
[4]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
[5]电磁致动软体机器人及其致动机理的研究[D]. 刘赵龙.北京化工大学 2015
[6]基于无线供能的胃肠道机器人系统研究[D]. 史玉婷.上海交通大学 2012
本文编号：3486231
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气动软体爬行机器人Fig.1.1Pneumaticsoftwarecrawlingrobot
第1章绪论3南京理工大学设计了一款注水驱动式人工水母[25],如图1.2所示。通过水泵吸水为软体触手提供驱动压力，当软体触手注水加压后，其内部的各个型腔膨胀，使其整体产生弯曲变形，通过软体触手的弯曲变形来模拟水母触手在水中的游动动作。该机器人自身重量为743g，潜水深度为5m，运行速率为24mm/s，摆动频率为0.25Hz。图1.2注水驱动式人工水母Fig.1.2WaterinjectiondrivenartificialjellyfishMarchese等受自然界生物体的启发，利用Lauder等研究的柔性箔[26-27]研发了一种用流体弹性驱动器进行鱼尾驱动的软体机器鱼[28]，其运动姿态如图1.3所示。在机器鱼的鱼尾两侧，分布着2条气体通道，当气体从鱼的腹部位置被射入一侧的气体通道时，通道膨胀，使鱼尾发生弯曲，从而实现游动。该机器鱼具有持续运动和快速逃离能力，是世界上首个能够独立自主运行的软体机器人。图1.3气动软体机器鱼运动姿态图Fig.1.3Pneumaticsoftrobotfishmovementattitudediagram燕山大学并联机器人与机电系统实验室设计了一种双腔结构的轮足式仿生蠕动软体机器人[29],如图1.4所示。通过对软体机器人各气腔充气使其整体结构发生弯曲变形，周期性的充放气可以实现软体机器人在平面上的蠕动运动。引入轮足式设计，使软体机器人从依靠身体蠕动实现爬行运动变换成依靠车轮旋转实现滚动运动，这种设计有助于加快机器人的运动速度，通过向身体两侧气腔充入不同大小的气压，使机器人在平面上完成转弯运动。该机器人最高运行速度达到127.88mm/s，最小转弯半径为
第1章绪论3南京理工大学设计了一款注水驱动式人工水母[25],如图1.2所示。通过水泵吸水为软体触手提供驱动压力，当软体触手注水加压后，其内部的各个型腔膨胀，使其整体产生弯曲变形，通过软体触手的弯曲变形来模拟水母触手在水中的游动动作。该机器人自身重量为743g，潜水深度为5m，运行速率为24mm/s，摆动频率为0.25Hz。图1.2注水驱动式人工水母Fig.1.2WaterinjectiondrivenartificialjellyfishMarchese等受自然界生物体的启发，利用Lauder等研究的柔性箔[26-27]研发了一种用流体弹性驱动器进行鱼尾驱动的软体机器鱼[28]，其运动姿态如图1.3所示。在机器鱼的鱼尾两侧，分布着2条气体通道，当气体从鱼的腹部位置被射入一侧的气体通道时，通道膨胀，使鱼尾发生弯曲，从而实现游动。该机器鱼具有持续运动和快速逃离能力，是世界上首个能够独立自主运行的软体机器人。图1.3气动软体机器鱼运动姿态图Fig.1.3Pneumaticsoftrobotfishmovementattitudediagram燕山大学并联机器人与机电系统实验室设计了一种双腔结构的轮足式仿生蠕动软体机器人[29],如图1.4所示。通过对软体机器人各气腔充气使其整体结构发生弯曲变形，周期性的充放气可以实现软体机器人在平面上的蠕动运动。引入轮足式设计，使软体机器人从依靠身体蠕动实现爬行运动变换成依靠车轮旋转实现滚动运动，这种设计有助于加快机器人的运动速度，通过向身体两侧气腔充入不同大小的气压，使机器人在平面上完成转弯运动。该机器人最高运行速度达到127.88mm/s，最小转弯半径为
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮足式仿生软体机器人设计与运动分析[J]. 姚建涛,陈新博,陈俊涛,张弘,李海利,赵永生. 机械工程学报. 2019(05)
[2]软体机器人驱动研究现状[J]. 张忠强,邹娇,丁建宁,宋振玲,程广贵,王晓东,郭立强. 机器人. 2018(05)
[3]水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展[J]. 傅珂杰,曹许诺,张桢,刘先卫,李国瑞,梁艺鸣,李铁风. 科技导报. 2017(18)
[4]介电高弹体的材料、结构和器件力学（英文）[J]. Feng-bo ZHU,Chun-li ZHANG,Jin QIAN,Wei-qiu CHEN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(01)
[5]几种典型的橡胶材料本构模型及其适用性[J]. 陈家照,黄闽翔,王学仁,王珽. 材料导报. 2015(S1)
[6]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[7]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)
[8]超弹性体本构模型的理论和特种试验方法[J]. 李树虎,贾华敏,李茂东,王丹勇,秦贞明,陈海玲. 弹性体. 2011(01)
[9]橡胶材料超弹性本构模型的简化标定方法[J]. 程哲,张正艺,宋杨,解德. 固体力学学报. 2010(S1)
[10]基于Yeoh本构关系橡胶超弹性材料的无网格法分析[J]. 赵光明,宋顺成,孟祥瑞. 应用基础与工程科学学报. 2009(01)
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
硕士论文
[1]气动软体攀爬机器人设计与实验研究[D]. 杨裕栋.南京邮电大学 2019
[2]注水驱动式人工水母的设计与研究[D]. 王江华.南京理工大学 2018
[3]基于气动软体驱动器的仿生爬行机器人研究[D]. 席作岩.哈尔滨工程大学 2017
[4]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
[5]电磁致动软体机器人及其致动机理的研究[D]. 刘赵龙.北京化工大学 2015
[6]基于无线供能的胃肠道机器人系统研究[D]. 史玉婷.上海交通大学 2012
本文编号：3486231
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