發(fā)布時間：2022-09-24 22:47

　　為模仿生物界中爬行動物卓越的攀爬能力,本文面向軟體機器人優(yōu)異的體質(zhì)、結(jié)構、驅(qū)動、控制等性能,研究軟體攀爬機器人相關的理論與技術問題。圍繞仿尺蠖軟體攀爬機器人的兩大核心問題:軀體驅(qū)動和末端附著,本文從局部的設計制備和理論分析到整機的攀爬實現(xiàn)進行了詳細的探索和研究,其主要內(nèi)容和取得的成果如下:1.為掌握軟體驅(qū)動器的性能,對其結(jié)構進行范化、建模和對比分析。模仿細長軟體生物優(yōu)異的結(jié)構特征,提出軀體的理想結(jié)構范型。根據(jù)所提出的結(jié)構范型,建立一般的運動學模型,并推導機器人對任意曲線形態(tài)復現(xiàn)的映射算法,以及分析各個結(jié)構參數(shù)對形態(tài)復現(xiàn)的影響。就當前較常見的四種氣動軟體驅(qū)動器構型:單腔、外分多腔、內(nèi)分多腔和三通全向,通過詳細分析各自的基本結(jié)構、設計和制備,結(jié)合有限元仿真分析和實驗測定的結(jié)果,得出外分多腔結(jié)構為當中性能最優(yōu)的一種結(jié)構。以上軟體驅(qū)動器的結(jié)構范型和結(jié)構對比,可用于指導軟體攀爬機器人驅(qū)動器的設計、建模和分析。2.為解決機器人爬行過程中因重力或外力載荷造成本體出現(xiàn)非期望的被動變形問題,如軀體往彎曲平面以外折彎。本文采用一種剛?cè)彳浗Y(jié)合的設計方法,在普通驅(qū)動器中加入了各向異性的約束材料或結(jié)構,以抑制異... 

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 仿生對象
    1.3 軟體驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 運動形式
        1.3.2 驅(qū)動方式
    1.4 軟體末端執(zhí)行器的研究現(xiàn)狀
    1.5 軟體爬行機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.5.1 爬行環(huán)境
        1.5.2 爬行機理
    1.6 課題來源和主要研究內(nèi)容
第二章 軟體驅(qū)動器建模、結(jié)構分析與實現(xiàn)
    2.1 引言
    2.2 軀體的理想結(jié)構范型
        2.2.1 結(jié)構范型
        2.2.2 運動學
        2.2.3 形態(tài)復現(xiàn)與相似性
        2.2.4 性能仿真分析
    2.3 典型氣動驅(qū)動器的對比分析
        2.3.1 結(jié)構設計與實現(xiàn)
        2.3.2 仿真與實驗分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 剛軟耦合軀體的平面性設計
    3.1 動機與需求
    3.2 平面彎曲驅(qū)動器
    3.3 平面性能測試
        3.3.1 平面與非平面
        3.3.2 平面彎曲運動
        3.3.3 彎曲擺力
    3.4 本章小結(jié)
第四章 軟體抓夾器設計及其建模與分析
    4.1 引言
    4.2 結(jié)構設計與建模
        4.2.1 仿生結(jié)構設計
        4.2.2 結(jié)構建模
    4.3 夾持適應性與形封閉
        4.3.1 抓夾過程
        4.3.2 夾持分類及形封閉
    4.4 夾持穩(wěn)定性
        4.4.1 夾持力平衡
        4.4.2 力平衡評估
    4.5 仿真與實驗
        4.5.1 性能測定
        4.5.2 夾持多樣性
        4.5.3 夾持質(zhì)量評估Ⅰ:球體
        4.5.4 夾持質(zhì)量評估Ⅱ:圓柱體
    4.6 本章小結(jié)
第五章 軟體攀爬機器人的實現(xiàn)及實驗分析
    5.1 引言
    5.2 平面"Ω”軀體
        5.2.1 “Ω”軀體的仿生建模
        5.2.2 綜合設計
    5.3 內(nèi)膨脹夾持末端
    5.4 整機攀爬策略與分析
        5.4.1 基本攀爬步態(tài)
        5.4.2 重力平衡與校核
    5.5 實驗研究
        5.5.1 S-Climbot原型機系統(tǒng)
        5.5.2 機體性能
        5.5.3 攀爬實驗
    5.6 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻
攻讀博士學位期間承擔的科研任務與取得的學術成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]軟體機器人驅(qū)動研究現(xiàn)狀[J]. 張忠強,鄒嬌,丁建寧,宋振玲,程廣貴,王曉東,郭立強.  機器人. 2018(05)
[2]連續(xù)軟體機器人的結(jié)構范型與形態(tài)復現(xiàn)[J]. 蘇滿佳,張逸鴻,謝榮臻,朱海飛,管貽生,毛世鑫.  機器人. 2018(05)
[3]軟體機器人:結(jié)構、驅(qū)動、傳感與控制[J]. 王田苗,郝雨飛,楊興幫,文力.  機械工程學報. 2017(13)
[4]一種線狀要素幾何相似性度量方法及其應用[J]. 安曉亞,劉平芝,楊云,侯溯源.  武漢大學學報(信息科學版). 2015(09)
[5]淺析BigDog四足機器人[J]. 丁良宏,王潤孝,馮華山,李軍.  中國機械工程. 2012(05)
[6]連續(xù)型機器人研究綜述[J]. 孫立寧,胡海燕,李滿天.  機器人. 2010(05)
[7]仿生連續(xù)體機器人的研究現(xiàn)狀和展望[J]. 趙強,岳永恒.  機械設計. 2009(08)
[8]仿壁虎機器人研究綜述[J]. 王田苗,孟偲,裴葆青,戴振東.  機器人. 2007(03)
[9]仿生撲翼飛行機器人翅型的研制與實驗研究[J]. 王姝歆,陳國平,周建華,顏景平.  實驗力學. 2006(03)
[10]國外仿人機器人發(fā)展概況[J]. 李允明.  機器人. 2005(06)

博士論文
[1]爪刺式爬壁機器人仿生機理與系統(tǒng)研究[D]. 劉彥偉.中國科學技術大學 2015
[2]輻射對稱仿生柔體機器人協(xié)同推進機理及實現(xiàn)技術[D]. 毛世鑫.中國科學技術大學 2014



本文編號：3681008