一种新型软体模块化机器人的结构设计及动力学建模研究

摘要

软体机器人可以模仿软体动物，如章鱼、象鼻、蚯蚓等。软体机器人能够模仿动物运动模式，适应人类不能到达的环境。模块化机器人具有相对独立性、互换性和通用性的特点。因此，本文研究软体模块化机器人。
　　根据国内外软体机器人的研究现状，分析了实验室中历代机器人优缺点，受到仿生学启发，结合生物蠕动运动的特点，设计了一种新型软体模块化机器人单元模块，主要创新点在于采用形状记忆合金作为转向驱动器，单元模块具有柔韧性，通过协调地控制四根形状记忆合金丝实现转向机构的伸缩或向任意方向弯曲，机构能到达空间中大部分位置。单元模块共有3个自由度，具有运动灵活、结构紧凑、对接可靠稳定的优点，最后，介绍了两个模块所组成构型拓扑以及多个模块构成拓扑构型。
　　建立了软体模块化机器人单元模块的运动学模型，采用分段常曲率法，借鉴D-H法思想，提出基于伪刚体的D-H建模方法和形状记忆合金线驱动模型，描述驱动线运动速度与末端执行器运动的线速度、角速度之间的映射关系。基于Adams软件，单元模块进行了伸缩运动和弯曲运动仿真。
　　通过对比多种动力学建模方法的优缺点，选择凯恩方法建立软体机器人的动力学模型；其次，通过受力分析，建立了软体机器人的凯恩动力学方程和单元模块截面的动力学平衡方程；通过Kelvin模型来描述硅胶的粘弹性；最后，基于Adams软件分析了单元模块动力学仿真。
　　最后，对软体机器人末端模块进行轨迹规划。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3论文研究内容及章节安排

第二章 软体模块化机器人的结构设计

2.1引言

2.2仿生学研究

2.3软体模块化机器人单元模块的结构分析

2.4单元模块主体的结构设计

2.5软体模块化机器人的重构枚举

2.6本章小结

第三章 软体模块化机器人的运动学分析

3.1引言

3.2运动学方程的建立

3.3单元模块运动仿真

3.4本章小结

第四章 软体模块化机器人的动力学分析

4.1引言

4.2软体模块化机器人受力分析

4.3软体机器人平衡方程

4.4动力学仿真

4.5本章小结

第五章 软体机器人的轨迹规划

5.1引言

5.2关节空间轨迹规划

5.3笛卡尔空间轨迹规划

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2问题与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢