本文關鍵詞：基于范德華力的仿壁虎機器人在模擬空間環(huán)境下的黏附和運動仿真研究

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【摘要】：研究成本低、運動范圍大、可自主移動的新型空間仿壁虎爬壁機器人,可以填補機械臂無法精細化、靈活操作的空缺,未來可以無障礙地爬行于宇宙飛船或空間站的艙體內(nèi)外,協(xié)助宇航員完成特定的檢修和勘探任務,在航天領域?qū)⒂兄匾难芯恳饬x和廣泛的應用前景。本文首先從可能影響機器人黏附可靠性的足端姿態(tài)開始分析,通過總結腳掌姿態(tài)變化角度與位移軌跡的關系,系統(tǒng)的研究了機器人運動過程中腿部擺動對接觸姿態(tài)的影響,由此對踝關節(jié)被動自由度的設計提出了要求;然后,研制了單腿測力平臺,將其分別置于大氣常溫、真空、高溫環(huán)境中,驗證腳掌干黏附材料是否適用于空間極端情況;最后,通過仿真分析總結了機器人在微重力環(huán)境下的運動規(guī)律,為實物調(diào)試提供指導。主要工作如下:通過分析單腿自由度分布情況總結了機器人在運動過程中腳掌的位姿變化,將姿態(tài)變化角度分解為接觸平面在原平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度和空間中的翻轉(zhuǎn)角度,分別分析了仿壁虎機器人單腿在法向黏附力測試、切向黏附力測試、脫附力測試過程中姿態(tài)變化角與足端位移的對應關系,分析結果可作為步態(tài)規(guī)劃、被動自由度設計、腳掌精確控制的重要參考。提出了影響干黏附材料性能的步態(tài)參數(shù):預壓力及脫附軌跡角度,并對其進行優(yōu)化,使材料具有強黏附和易脫附的性能。通過實驗設備改變環(huán)境真空度和溫度,并設計單腿測力平臺,實時記錄不同軌跡下的足端黏脫附力,與大氣環(huán)境中的實驗數(shù)據(jù)進行對比分析,總結得真空環(huán)境中材料黏脫附性能與大氣中幾乎無差異;高溫環(huán)境中隨著溫度的改變,在材料表面能和楊氏模量的綜合影響下,黏附、脫附效果和大氣中有稍有差異。利用ADAMS與ANSYS軟件分別建立機器人機身仿真模型與腳掌柔性模型,通過分析腳掌接觸力學優(yōu)化腳掌基底材料彈性模量及腳掌接觸速度等參數(shù);并在仿真軟件中分別設置重力和微重力環(huán)境,通過觀察機身質(zhì)心位移、關節(jié)角速度和輸出轉(zhuǎn)矩、運動姿態(tài)、足端力與力的沖量等數(shù)據(jù),綜合分析微重力環(huán)境對運動穩(wěn)定性帶來的影響,將來可以利用仿真結論指導機器人實物調(diào)試,最后通過實驗測試確定了較優(yōu)的腳掌基底。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 丁希侖;徐坤;;星球探測機器人[J];航空制造技術;2013年18期

2 譚民;王碩;;機器人技術研究進展[J];自動化學報;2013年07期

3 俞志偉;李宏凱;張曉峰;張昊;戴振東;;仿壁虎腳趾結構設計及粘附運動性能測試[J];機械工程學報;2011年21期

4 王周義;王金童;吉愛紅;戴振東;;大壁虎在天花板表面的運動行為與動力學研究[J];科學通報;2010年09期

5 張曉昊;張向軍;劉永和;J.A.Schaefer;溫詩鑄;;微間隙受限液體行為與昆蟲爪墊在光滑壁面的粘著機理[J];物理學報;2007年08期

6 沈煜年;尹曉春;;柔性體撞擊瞬態(tài)波子結構法研究[J];南京理工大學學報(自然科學版);2007年01期

7 戴振東;孫久榮;;壁虎的運動及仿生研究進展[J];自然科學進展;2006年05期

8 王巍,宗光華;氣動擦窗機器人的控制和環(huán)境檢測[J];液壓與氣動;2001年01期

9 丹寧;加拿大為國際空間站建造機械臂[J];中國航天;1998年04期

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本文編號：1282277