长臂式仿生软体机器人及其运动学研究
: 随着机器人产业的不断扩大,机器人应用的领域越来越多,传统的机器人由于其拥有的很大的刚性,局限了其与环境相互作用的能力,然而软体机器人具有充分的柔顺性、适应性、超冗余或无限自由度,甚至可以任意改变自身形状和尺寸以适应环境和目标,能够完成许多传统机器人不能完成的任务,所以软体机器人是一个新兴且极具前景的研究方向。
近年来,仿生软体机器人已经有了很大的发展,但是目前的仿生软体机器人只是解决了工作过程中柔软性的要求,而软体机器人在工作过程中自身的刚度要求没有得到很好的解决。
本课题组研究的长臂式仿生软体机器人具有软体机器人的柔软性,并且其自身的刚度可以进行独立可变的控制,它的结构简单,控制方便,动作灵活,既是驱动器又是执行器。
本文对长臂式仿生软体机器人的结构特性、静态特性、动态特性及其运动学模型进行了深入的研究,主要工作和成果如下:1、对长臂式仿生软体机器人结构特性和轴向伸长静态特性进行研究。
通过研究章鱼腕足的运动特性设计了长臂式仿生软体机器人,对软体机器人的内外部结构进行分析;通过力平衡原理建立机器人轴向伸长的静态模型,分析了静态模型中各参数对软体机器人轴向伸长的影响。
2、提出了长臂式仿生软体机器人主动弯曲理论。
通过力矩平衡建立了长臂式仿生软体机器人主动弯曲理论的静态模型,分析模型中各个参数对机器人弯曲静态模型的影响;基于气动系统的动力学和热力学原理,建立长臂式仿生软体机器人充放气过程动态模型,并对动态模型进行仿真分析。
3、提出了长臂式仿生软体机器人运动学模型。
阐述软体机器人运动学分析的理论基础;对软体机器人平面运动学进行分析,定义出其位姿和位姿的微分变换;建立软体机器人单节和多节的正运动学模型和逆运动学模型,并对软体机器人空间运动学和运动位姿进行仿真分析。
4、对长臂式仿生软体机器人的静力学和运动学实验进行研究。
搭建了长臂式仿生软体机器人的硬件实验平台,构建了实验系统的控制软件;对长臂式仿生软体机器人的轴向伸长、弯曲和运动位姿进行实验测试,收集实验数据,对实验数据进行处理,绘制实验数据曲线并对照理论仿真曲线对机器人模型进行验证。