软体爬行机器人运动及结构特性研究

发布时间：2023-04-10 18:45

　　本课题以软体爬行机器人为研究对象,主要针对软体爬行机器人结构、制作工艺、材料特性、摩擦特性、动态响应特性和应力应变特性进行研究,以四足X型机器人为主要研究对象,并根据四足X型机器人存在的问题,提出了六足微气囊型机器人,试图改善软体爬行机器人的性能。通过硅橡胶结构的设计,使得硅橡胶躯体的各部位弹性模量不同,在气腔内充入高压气体的过程中,实现软体机器人躯干的定向弯曲,从而实现爬行、蠕动等动作。通过静态特性实验和动态响应实验,分析四足X型机器人的特性。并结合有限元仿真,对四足X型机器人进行分析。在实验过程中,发现存在机器人局部结构特性变软现象,这种硅胶损伤机理被称为Mullins效应,该效应的存在导致软体机器人的特性发生显著的变化,仿真结果与实验结果出入较大。采用在仿真过程中引入Mullins本构模型的方法,可以很好地改善仿真结果与实验结果的匹配程度。并针对Mullins效应给软体机器人带来的问题,提出应对策略。软体爬行机器人向前运动的受力来源是与地面的摩擦力,依据现有橡胶摩擦理论,建立摩擦力的数学模型,分析软体爬行机器人本体采用的超弹性体的摩擦产生原因和控制方法,从而进一步指导软体爬行机器...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【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 软体爬行机器人的国内外发展现状
        1.2.1 软体爬行机器人的国外发展现状
        1.2.2 软体爬行机器人的国内发展现状
    1.3 国内外文献综述的简析
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 四足X型软体机器人结构变形特性研究
    2.1 引言
    2.2 四足X型机器人气囊变形原理简介
        2.2.1 四足X型机器人结构简介
        2.2.2 四足X型机器人模型选择
    2.3 四足X型软体机器人制作工艺探究
    2.4 四足X型机器人充气特性实验及分析
        2.4.1 充气实验设备及平台的搭建
        2.4.2 静态特性测试实验及分析
        2.4.3 充放气动态特性测试实验及分析
    2.5 四足X型机器人有限元仿真分析
        2.5.1 仿真本构模型的选择
        2.5.2 有限元仿真参数设置
        2.5.3 四足X型机器人实验与仿真对比
        2.5.4 四足X型机器人足端不同结构的对比
    2.6 本章小结
第3章 四足X型软体机器人运动特性研究
    3.1 引言
    3.2 硅橡胶摩擦机理简介
        3.2.1 Moor摩擦理论简介
        3.2.2 摩擦力的数学模型
    3.3 摩擦力测量实验与分析
        3.3.1 污染的玻璃表面摩擦力实验
        3.3.2 人造草坪表面的摩擦力实验
        3.3.3 光洁表面摩擦力实验
        3.3.4 负载对摩擦力影响实验
        3.3.5 姿态对比实验
    3.4 步态规划
        3.4.1 步态总体策略
        3.4.2 步态分步解析
    3.5 四足机器人运动实验
        3.5.1 光洁玻璃表面运动实验
        3.5.2 光洁塑料板表面运动实验
        3.5.3 人造草坪表面运动实验
        3.5.4 碎石、沙土表面实验
    3.6 本章小结
第4章 Mullins效应对软体机器人的影响
    4.1 引言
    4.2 Mullins效应现象的产生
    4.3 基于唯象学的伪弹性本构模型
    4.4 考虑Mullins效应影响的有限元分析
        4.4.1 Mullins效应的参数设置
        4.4.2 Mullins效应对软体机器人影响程度的对比分析
    4.5 硅橡胶损伤的影响以及应对策略
        4.5.1 硅橡胶损伤的影响
        4.5.2 应对策略
    4.6 本章小结
第5章 六足微气囊软体机器人
    5.1 引言
    5.2 六足微气囊机器人的工艺研究
        5.2.1 液体硅橡胶的特性
        5.2.2 液态金属特性
        5.2.3 制作工艺流程
    5.3 六足微气囊型机器人变形原理
    5.4 有限元仿真分析
    5.5 六足微气囊型机器人的步态规划
    5.6 四足与六足机器人的结构与性能对比
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3788635