【摘 要】
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软体机器人是机器人领域中一类新型机器人,其研究内容主要为机器人的设计与制作,建模以及控制等,涉及新型材料、柔性电子、力学仿生、3D打印等多领域交叉的一项研究,相对于传统机器人,软体机器人具备高灵活性和较强的环境适应能力,弥补了传统机器人在柔韧性和形变能力方面的缺陷。其中爬行类生物因为自身的柔软性和灵活性成为软体机器人研究领域中重要研究对象,但是目前关于爬行软体机器人存在运动方式单一,形变能力有限等
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软体机器人是机器人领域中一类新型机器人,其研究内容主要为机器人的设计与制作,建模以及控制等,涉及新型材料、柔性电子、力学仿生、3D打印等多领域交叉的一项研究,相对于传统机器人,软体机器人具备高灵活性和较强的环境适应能力,弥补了传统机器人在柔韧性和形变能力方面的缺陷。其中爬行类生物因为自身的柔软性和灵活性成为软体机器人研究领域中重要研究对象,但是目前关于爬行软体机器人存在运动方式单一,形变能力有限等问题,本课题通过对果蝇幼虫的生理结构和其运动特性研究,设计了一种仿果蝇幼虫的蠕动爬行软体机器人,该机器人相对其他爬行软体机器人具备更丰富的运动方式和高自由度的形变能力,可实现对蠕动波的仿生,并能够进行前进、后退、转弯以及翻滚等多模式运动,主要内容研究如下:（1）根据果蝇幼虫的肌肉和神经协调运动的特性,设计出一种适用于蠕动爬行机器人的波纹管状气动驱动器,采用3D打印技术以及倒模的方法完成驱动器的制作,并组合多个驱动器组成一个完整的果蝇幼虫软体,同时通过Abaqus仿真软件对波纹管状驱动器进行仿真和实验,验证驱动器对机器人运动的可行性;（2）根据果蝇幼虫由脑部通过神经系统进行肌肉运动的控制链路,设计了一种由主控制器发起指令,副控制器执行指令的一主多副的控制系统,采用传感器等元器件完成硬件系统的设计和构建,同时完成控制系统的软件设计和功能开发;（3）根据机器人运动控制过程中对压力稳定输出的需求,根据压力的控制效果设计了状态转换算法,增量PID算法和神经网络PID三种稳压算法并通过实验验证其控制效果,根据实验结果采用具备自适应能力的神经网络PID算法作为控制系统的稳压算法;（4）根据果蝇幼虫的不同运动模式下的肌肉执行过程,设计果蝇幼虫软体机器人的每个模式运动的肌肉状态变化,通过控制系统控制协调控制每个体节的通道压力,使机器人依次完成每个状态,实现果蝇软体机器人的前进、后退、转弯和翻滚等运动。
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