软体爬行机器人的设计与研究

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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,利用驱动线排布对软体机器人转弯的影响,实现了软体机器人前进、后退及单向转弯功能;二、设计了一款带有切换装置的六驱动线软体机器人,利用切换装置实现该软体机器人的双向转弯、前进及后退。(3)设计了一款三电机“人字形”软体机器人,能够稳定实现该软体机器人的双向转弯及前进后退功能。(4)利用Hypermesh和LS-DYNA有限元仿真软件,以“一字形”软体机器人的爬行过程为例,对其运动过程进行了仿真模拟,经过网格划分、截面/材料属性定义、边界条件/接触定义、计算等步骤,得到了与实际运动过程相似的结果。
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