基于TRIZ的六足仿生机器人创新设计

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六足仿生机器人是指依据仿生学原理,模仿“六足纲”类的生物结构、运动特性的多足机器人,已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担的任务环境中表现出良好的应用前景。但是,由于目前对机器人身体长度、腿的刚度等关键结构参数的研究仍然不深入,导致从微观层面到宏观层面六足仿生机器人都与“六足纲”生物都存在“形似而神不似”的较大差异;同时六足仿生机器人是多学科高度交叉的复杂系统,制约六足仿生机器人发展的因素较多,因此六足仿生机器人的整体突破受到生物机理、机构及驱动设计、仿生材料、仿生控制、生物能量利用等技术的多方面技术瓶颈的限制。运用TRIZ理论这种系统性的创新方法可以帮助设计人员打破只在本领域寻求解决矛盾冲突的壁垒,改变思维定势,激发创新思维,使得设计者运用前人在不同领域积累的创新知识和经验,互通有无,拓宽创新视角的深度和广度。本文将产品需求分析作为研究起点,经过头脑风暴、小组讨论、规则库中搜索等方式确定了45个技术需求,再用需求进化定律将技术需求整合分类。运用Kano模型设计问卷调查表,统计调研结果,对整合需求的重要程度进行排序,确定了兴奋需求,将兴奋需求中对应的技术需求作为兴奋需求点,得到“类生物化的腿部关节结构”、“具有抓附性的足末机构”、“更智能的控制策略”、“大范围智能探测能力”、“更高效的太阳能电池”、“?抓取式?前肢结构”、“改变周围环境的能力”这七个兴奋需求点,以兴奋需求点作为创新设计目标,来指导六足仿生机器人进行创新设计。对于“类生物化的腿部关节结构”、“具有抓附性的足末机构”、“更智能的控制策略”这三个需要预测新技术来实现的兴奋需求点,以技术进化定律为工具,分析实现兴奋需求点的关键技术的系统发展过程,预测出具有潜力的进化状态,形成了创新设计方案,对于其它的兴奋需求点利用冲突、裁剪等问题解决工具来实现兴奋需求点的创新方案;通过这种方法提出了“腿臂融合式前肢结构”等创新设计方案。将创新设计方案汇总后确立新一代六足仿生机器人的创新设计方案;并对机器人抓、走、握、抱等动作进行动力学仿真,验证了创新方案的合理性。
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