单驱动器多向跳跃软体机器人设计与实验研究

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软体机器人以非凡的环境适应性和兼容性成为机器人研究的热点,其可应用于刚性机器人无法进入的狭窄非结构环境,但传统的软体移动机器人运行效率较低且难以克服复杂地形。多向跳跃能力作为一种扩宽活动范围、克服障碍的有效手段被自然生物广泛使用,可将其集成到软体机器人上以增强灵活性。然而,现有的软体机器人大多采用复杂笨重的结构或多单元模块设计以实现多向跳跃,限制了其在狭窄环境中的灵活移动。针对目前可转向/多向跳跃的软体机器人集成性差、稳定性弱等问题,本文探究了一种仅需单个液袋结构即可实现双向线性收缩的静电液压驱动器,并以此为基础设计了一种高度集成的仿瘿蚊幼虫多向跳跃软体机器人。本论文重点解决双轴静电液压驱动器/单驱动器多向跳跃软体机器人的设计方法、制作流程、性能表征及优化方法、性能测试与能力研究等关键问题。(1)依据现有静电液压驱动器技术,分析薄膜表面褶皱变形原理,以此实现一种高集成、高稳定的单液袋双线性驱动方式,为设计更加智能、轻便的多模态软体机器人提供可行的解决方案。(2)分析双轴静电液压驱动器收缩过程,构建双轴应变理论模型,探究驱动性能优化方法,并测试研究其驱动性能与负载能力,最终形成一种高度集成的单液袋双向线性驱动器。(3)分析瘿蚊幼虫液袋状躯体结构与蓄能式跳跃模式,以此探究一种仅由单个双轴静电液压驱动器组成的仿瘿蚊幼虫多向跳跃软体机器人设计方法,引入一种基于多电极异步控制方法的多向跳跃方式,通过静电吸附形成具有更高跳跃性能的蓄能式仿生跳跃方式,以此实现一种高灵活、高适应的智能巡航模式,为后续软体跳跃机器人进一步集成化、智能化的发展提供设计思路。(4)分析单驱动器多向跳跃软体机器人跳跃过程,构建能量学和动力学模型,验证并优化跳跃性能,针对其关键影响参数测试单次与连续跳跃性能,研究其障碍克服与方向切换能力,并探索该机器人的有效应用场景,最终形成一种可在狭窄复杂环境中灵活移动的软体跳跃机器人。
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