仿生飞爬机器人及其柔性驱动

发布时间：2025-01-06 01:00

　　侦察机器人是一种特殊的移动机器人,需要有卓越的机动性能以及优异的隐蔽工作能力。本课题即是面向灾后搜救、建筑检测、军事侦察等需求,研制一种具有陆空两栖运动能力,具备侦察、感知、操作等功能的机器人。本文从需求出发,总结比较了空中以及陆地行动方式的优劣,提出了一种结合旋翼以及仿生爬行两种运动模式的飞爬机器人,模仿螳螂的运动姿态,研制机器人样机并进行了仿真验证及试验研究。根据昆虫腿结构,本文设计了三段式仿生腿,求解了单腿的最大步长、最大越障高度等指标,指导了腿节比例的优化设计。进一步建立了结合控制的机构动力学模型,对机器人在飞行着陆状态下的响应进行了仿真。制造了样机并将试验与仿真结果进行比较,验证了控制算法的有效性以及仿真模型的准确性。生物腿部的柔性在足式运动过程中起到重要的作用。据此,本文提出了一种小型串联粘弹性驱动器,并针对该驱动器开发了闭环位置以及力控制算法。为精确识别驱动器的参数,对所用的聚氨酯肌腱建立了五项Mooney-Rivlin超弹模型叠加Prony级数表示的粘弹模型,取得了良好的拟合效果。基于该本构模型,建立了驱动器的仿真模型,结合研制的试验平台,验证了驱动器的实用性及控制算法的...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1 MALV II飞爬机器人[2]

MALV是一种高度仿生的飞爬结合的机器人,利用电机驱动一对轮足用以在地面爬行,利用螺旋桨作飞行动力,采用柔性的固定翼的形式飞行。其第二代产品MALVII机身长21.6厘米。翼展30.5厘米,总重118克,空中飞行速度可达11米每秒,飞行续航15分钟,地面运动速度0.3米每秒,爬....

图1-2仿生多模态机器人DALER[3]

LudovicDaler等人研制了一种仿蝙蝠机器人,利用螺旋桨配合固定翼的形式进行飞行,机翼可以折叠变形,能够在地面运动状态下收起,并利用翼端旋转的三角形部分进行爬行。该机器人质量约400克,翼展达到了72厘米,飞行速度最高可达20米每秒,爬行速度较低,为6厘米每秒[3]。同样....

图1-3两栖机器人SCAMP[4]

斯坦福大学的MorganTPope等人研制了一种采用旋翼作为的动力的两栖机器人SCAMP,不同的是它可以通过自身结构引导,自主从飞行状态调整姿态攀附在垂直墙面上,利用其仿生抓钩在墙面上爬行。在着墙以及爬行的过程中,旋翼提供的推力能够辅助机器人稳定姿态,直至产生足够的附着力;在....

图1-4飞行爬壁两栖机器人[5]

南京理工大学刘永等人设计了一种兼具有飞行以及爬壁两栖能力的机器人[5],其利用旋翼作为飞行平台,搭载两个互相独立运动的吸附足,吸附足采用真空吸附的方式攀附在平面上,两个足交替攀附即可实现爬壁功能,如图1-4所示。该机器人运动灵活,可以吸附在任意光滑平面上并利用双足爬行或静默栖息,....

本文编号：4023546