软体模块化机器人变形分析与协调运动控制研究
发布时间：2023-02-03 17:23
软体模块化机器人由具有一定运动能力的软体模块单元组成,模块单元的两端具有能够实现连接和断开功能的连接件,模块间通过不同连接面的连接与断开,能够形成多种构型的软体机器人。软体模块化机器人区别于传统模块化机器人的主要特点在于模块单元的制作材料和驱动方式。相较于刚性模块,软体模块的材料具有高弹性,能够产生连续性的变形,具有无限的弯曲自由度。其驱动方式不再限于电机或者舵机,而是可以使用气体、化学反应、金属记忆合金等多种新型驱动方式。将软材料、新型驱动方式与模块化相结合,并实现软体模块化机器人协调运动成为一个挑战性课题。在预定的驱动方式条件下,如何实现软体模块单元既有独立的运动能力,又有连接与断开的能力,建立软体模块驱动方式与变形的关系,实现软体机器人协调运动为本领域目前研究的主要难题,也是本论文研究的主要内容。软体模块单元的基本结构对机器人变形、整体构型、运动能力有直接的影响。本文基于模块化机器人的可重复、可配置、可替代设计原则,采用模块化理念设计软体机器人。打破刚性机器人依赖于驱动器从而实现多自由度转动或移动的形式,利用气体驱动软体模块单元,为实现软体模块的弯曲、运动,需要获得软体模块结构参...
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 软体模块化机器人研究现状
1.2.1 软体机器人模块单元研究现状
1.2.2 软体机器人变形分析方法研究现状
1.2.3 模块化机器人运动控制研究现状
1.3 存在的问题与难点
1.4 本文主要研究内容
第2章 软体模块化机器人模块单元研制
2.1 引言
2.2 软体机器人模块单元设计
2.2.1 软体机器人模块单元设计要求
2.2.2 软体机器人模块单元结构设计
2.3 软体模块单元结构参数优化设计
2.3.1 基于有限元仿真的模块单元结构参数设计
2.3.2 软体模块连接件结构参数设计
2.4 软体模块单元制造与性能分析
2.4.1 模具与模块制造
2.4.2 软体模块单元性能分析
2.5 本章小结
第3章 软体机器人模块单元变形分析
3.1 引言
3.2 软体模块单元非线性变形建模
3.3 软体模块单元变形分析
3.3.1 软体模块静力学方程推导
3.3.2 软体模块静力学方程转化
3.3.3 软体模块变形方程求解
3.4 本章小结
第4章 软体机器人协调运动控制研究
4.1 引言
4.2 基于混沌神经网络系统建模
4.2.1 神经网络模型
4.2.2 混沌神经网络设计与分析
4.2.3 软体机器人协调运动神经网络系统
4.3 典型构型机器人协调运动控制
4.3.1 软体机器人仿尺蠖协调运动
4.3.2 软体机器人仿蚯蚓协调运动
4.3.3 T字构型软体机器人协调运动
4.3.4 软体机器人协调运动切换策略
4.4 本章小结
第5章 软体模块化机器人实验研究
5.1 引言
5.2 软体模块电控系统开发
5.3 运动实验与分析
5.3.1 模块单元弯曲对接运动
5.3.2 软体模块化机器人协调运动
5.3.3 软体模块单元组合运动
5.3.4 软体模块化机器人变构型
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高斯原理的Cosserat弹性杆动力学模型[J]. 刘延柱,薛纭. 物理学报. 2015(04)
[2]弹性介质中任意形状细长曲梁的Cosserat模型[J]. 刘延柱. 工程力学. 2014(08)
[3]Stability analysis of helical rod based on exact Cosserat model[J]. 刘延柱,薛纭. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2011(05)
[4]基于精确Cosserat模型的螺旋杆稳定性分析[J]. 刘延柱,薛纭. 应用数学和力学. 2011(05)
[5]关于弹性梁的数学模型[J]. 刘延柱,薛纭. 力学与实践. 2011(01)
[6]受拉扭弹性细杆超螺旋形态的定性分析[J]. 刘延柱,薛纭. 物理学报. 2009(09)
[7]关于刚体姿态的数学表达[J]. 刘延柱. 力学与实践. 2008(01)
[8]Kirchhoff弹性杆分析动力学的准坐标表达[J]. 薛纭,刘延柱. 力学季刊. 2006(04)
[9]Kirchhoff弹性杆动力学建模的分析力学方法[J]. 薛纭,刘延柱,陈立群. 物理学报. 2006(08)
[10]受圆柱面约束弹性杆的平衡与稳定性[J]. 刘延柱,薛纭. 应用力学学报. 2005(03)
本文编号：3734635
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 软体模块化机器人研究现状
1.2.1 软体机器人模块单元研究现状
1.2.2 软体机器人变形分析方法研究现状
1.2.3 模块化机器人运动控制研究现状
1.3 存在的问题与难点
1.4 本文主要研究内容
第2章 软体模块化机器人模块单元研制
2.1 引言
2.2 软体机器人模块单元设计
2.2.1 软体机器人模块单元设计要求
2.2.2 软体机器人模块单元结构设计
2.3 软体模块单元结构参数优化设计
2.3.1 基于有限元仿真的模块单元结构参数设计
2.3.2 软体模块连接件结构参数设计
2.4 软体模块单元制造与性能分析
2.4.1 模具与模块制造
2.4.2 软体模块单元性能分析
2.5 本章小结
第3章 软体机器人模块单元变形分析
3.1 引言
3.2 软体模块单元非线性变形建模
3.3 软体模块单元变形分析
3.3.1 软体模块静力学方程推导
3.3.2 软体模块静力学方程转化
3.3.3 软体模块变形方程求解
3.4 本章小结
第4章 软体机器人协调运动控制研究
4.1 引言
4.2 基于混沌神经网络系统建模
4.2.1 神经网络模型
4.2.2 混沌神经网络设计与分析
4.2.3 软体机器人协调运动神经网络系统
4.3 典型构型机器人协调运动控制
4.3.1 软体机器人仿尺蠖协调运动
4.3.2 软体机器人仿蚯蚓协调运动
4.3.3 T字构型软体机器人协调运动
4.3.4 软体机器人协调运动切换策略
4.4 本章小结
第5章 软体模块化机器人实验研究
5.1 引言
5.2 软体模块电控系统开发
5.3 运动实验与分析
5.3.1 模块单元弯曲对接运动
5.3.2 软体模块化机器人协调运动
5.3.3 软体模块单元组合运动
5.3.4 软体模块化机器人变构型
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高斯原理的Cosserat弹性杆动力学模型[J]. 刘延柱,薛纭. 物理学报. 2015(04)
[2]弹性介质中任意形状细长曲梁的Cosserat模型[J]. 刘延柱. 工程力学. 2014(08)
[3]Stability analysis of helical rod based on exact Cosserat model[J]. 刘延柱,薛纭. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2011(05)
[4]基于精确Cosserat模型的螺旋杆稳定性分析[J]. 刘延柱,薛纭. 应用数学和力学. 2011(05)
[5]关于弹性梁的数学模型[J]. 刘延柱,薛纭. 力学与实践. 2011(01)
[6]受拉扭弹性细杆超螺旋形态的定性分析[J]. 刘延柱,薛纭. 物理学报. 2009(09)
[7]关于刚体姿态的数学表达[J]. 刘延柱. 力学与实践. 2008(01)
[8]Kirchhoff弹性杆分析动力学的准坐标表达[J]. 薛纭,刘延柱. 力学季刊. 2006(04)
[9]Kirchhoff弹性杆动力学建模的分析力学方法[J]. 薛纭,刘延柱,陈立群. 物理学报. 2006(08)
[10]受圆柱面约束弹性杆的平衡与稳定性[J]. 刘延柱,薛纭. 应用力学学报. 2005(03)
本文编号：3734635
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