基于爬岩鳅运动学分析的仿生机器人研究

摘要

随着工程技术与生命科学的逐步发展，仿生技术也得到迅速发展，本课题所研究的基于爬岩鳅运动学分析的仿生机器人属于仿生技术中的运动仿生。 首先，本课题在本课题组对爬岩鳅的吸附性、各向异性研究的基础上，对爬岩鳅的运动行为进行观察分析，并重点对其前行及倒行运动状态进行参数分析，研究爬岩鳅吸附运动机理。在对爬岩鳅的吸附运动行为进行了相关研究分析后，本课题提出了爬岩鳅“吸附爬行”的运动机理假设。 然后，在此基础上进行相关运动学仿生机器人研究，本课题基于上述假设设计出一种可持续吸附爬行的仿生机器人运动模型，并按照此运动模型，进行仿生机器人的三维建模及运动学仿真，计算出仿生机器人的运动轨迹、运动速度、运动步态等。 最后，本课题进行仿生机器人样机的制作，包括机械系统的制作安装及控制系统的开发设计。接着本课题对制作出的仿生机器人样机进行相关运动分析实验，分析其在水平壁面、竖直壁面、倒置壁面的吸附爬行能力。 在对研究制作的仿生机器人进行了相关运动学仿真及运动实验后，得出以下结论:本课题基于爬岩鳅运动学分析所研究制作出的仿生机器人除了具有与爬岩鳅类似的运动规律外，还具有负重爬行、低耗节能、可集成化的优点。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1课题背景

1．2研究现状与研究方法

1．2．1吸盘鱼仿生

1．2．2壁虎仿生

1．2．3爬岩鳅的吸附性及各向异性研究

1．3主要研究内容与研究难点

1．4研究意义

1．5章节安排

第2章爬岩鳅吸附运动行为分析

2．1运动行为观察

2．1．1实验台搭建

2．1．2常见运动形式

2．2运动行为分析

2．2．1运动形态分析

2．2．2 PCC与ImageJ在运动分析中的应用

2．2．3前行状态运动参数分析

2．2．4倒行状态运动参数分析

2．3本章小结

第3章吸附爬行仿生机器人建模与运动仿真

3．1爬岩鳅吸附运动机理分析与假设

3．1．1运动模型简化

3．1．2运动机理假设

3．2仿生机器人三维建模

3．2．1构建运动原理图

3．2．2吸附爬行仿生机器人建模

3．3仿生机器人参数选型设计

3．3．1吸盘模块的选型设计

3．3．2各杆长参数设计

3．4仿生机器人运动学仿真

3．4．1运动仿真中驱动、接触、应力定义

3．4．2运动学仿真与结果分析

3．5本章小结

第4章吸附爬行仿生机器人制作及实验分析

4．1仿生机器人样机制作

4．1．1仿生机器人机械系统制作

4．1．2仿生机器人控制系统设计

4．2运动实验

4．2．1水平壁面吸附爬行实验

4．2．2竖直壁面吸附爬行实验

4．2．3倒置壁面吸附爬行实验

4．2．4倒置壁面负重吸附爬行实验

4．3仿生机器人运动结论

4．4本章小结

第5章总结与展望

5．1总结

5．2不足与展望

参考文献

附录

致谢

作者简历