基于气动软体驱动器的仿生爬行机器人研究

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近年来,随着机器人技术的不断发展,各种仿生软体机器人开始出现并在许多领域得到应用。软体机器人的研究受到身体柔软的动物的启发,能够克服传统刚性机器人的一些不足之处,具有很好的环境适应性和安全性。软体爬行机器人是软体机器人目前的主要研究方向之一,其通过模仿具有身体柔软的动物的运动方式来实现移动,能够通过狭小的空间并具有抗外界冲击等能力,具有其他运动形式所不具有的优点和独特性。本课题主要是对软体驱动器及其在软体爬行机器人中的应用进行研究,为软体机器人今后的发展打下基础。本文首先对气动软体驱动器进行了研究。通过对目前常见结构形式的气动软体驱动器的分析,提出了分别能够实现单向弯曲、双向弯曲和伸长的气动驱动器的结构形式。以室温双组份硅橡胶为原料,利用3D打印出的模具,自行制作了上述的三种气动软体驱动器。对所制作的气动软体驱动器进行了基本的特性测试,结果表明,上述三种驱动器能够实现较大的变形。利用有限元分析软件ABAQUS,并结合理论模型,对软体驱动器的力学模型和特性进行了分析和仿真。其次,通过对常见的三种主要的动物爬行方式的分析,即蛇形运动、蚯蚓蠕动和尺蠖式运动,本文提出了利用软体驱动器实现的两种主要爬行机器人结构形式,并对不同结构的机器人及其爬行方式进行了力学分析。结合所制作的软体驱动器的特性,设计并制作了几种能够通过蠕动方式进行爬行运动的机器人原理样机。最后,对所设计制作的爬行机器人在不同环境条件下的运动进行了实验研究。实验表明,所设计的几种软体爬行机器人能够在常见的平面完成前进和后退运动,或者能够利用特殊的运动方式穿过狭小的通道。实验验证了所提出的软体爬行机器人的可行性,为进一步开发各种软体机器人提供了实践经验和基础。
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