多功能水陆两栖母子机器人系统研究

摘要

目前，随着水下机械装置、传感技术和控制算法的发展，水下机器人在生物医学和海军领域中扮演着越来越重要的角色，诸如水下环境调查，抢救或人工环境的维护等。现在已经开发了许多由电机驱动的机构，采用这些电机驱动机构的水下机器人能够实现高输出功率和长续航时间，同时也具有很高的灵活性。然而，传统电机由于其电磁结构很难被缩小，使得机器人的紧密结构受到了限制。因此，越来越多的研究者开始了对压电驱动器，形状记忆合金（SMA）驱动器，高分子驱动器，和离子导电性聚合物膜（ICPF）的驱动器等智能驱动器驱动的仿生微型机器人的研究，例如人造肌肉。这为各种微型机器人的设计奠定了基础。智能驱动器驱动的机器人具有结构紧凑，噪音低，控制精度高等特点，但同时在移动能力和续航时间上存现缺陷。
　　在过去对智能驱动器驱动的仿生微型机器人的研究中，存在无法同时实现微型机器人的结构紧凑，灵活性高和多功能等特征的问题。这是因为，这些特征互相冲突。由于这个原因，大多数微型机器人选择放弃它们紧凑的结构，去使用仿生多关节结构，以提高灵活性，从而实现多功能化。而追求小型化的微型机器人则选择放弃的灵活性和多功能性。相比于水下微型机器人，电机驱动的机器人具有高移动性能和长时间运行能力。
　　为了同时实现高移动性能，长续航时间，以及在狭小空间内作业的能力，文本设计并开发了一个母子机器人协作系统。该系统结合了电机驱动的机器人和智能驱动器驱动的机器人优势。它由多台作为子机器人的微型机器人和一台作为母机器人的球形机器人组成。球形机器人可以搭载微型子机器人，并为其提供电力和控制信号。本文中首先对微型机器人进行了改良，进行了机器人水下性能评估；其次，设计并开发了用于搭载微型机器人的水陆两栖球形机器人；最终对母子机器人系统在陆地和水下的性能分别做了评估，并验证了母机器人可以发射和控制微型子机器人。相比于水下机器人，作为母机器人的两栖机器人可以自主地从陆地运行到水中，反之亦可。这解决了释放和回收机器人系统的问题。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 论文研究主题

1.4 论文的组织结构

第2章 母子机器人系统的概述

2.1 引言

2.2 母子机器人系统

2.3 本章小结

第3章 可变形微型子机器人

3.1 智能驱动器

3.2 水下微型机器人

3.3 开发的微型机器人和实验

3.4本章小结

第4章 水陆两栖母机器人的设计

4.1 总体设计

4.2 驱动系统机制

4.3 步态特征

4.4 电气控制系统

4.5 球形母机器人的开发

4.6 本章小结

第5章 母子机器人系统的性能评估

5.1 机器人系统的陆地步行实验

5.2 机器人系统的陆上稳定性

5.3 机器人系统的水下驱动实验和分析

5.4 母机器人搭载和发射微型子机器人

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果

致谢