隨著機器人的發(fā)展,機器人進入到越來越多的領(lǐng)域,在一些復(fù)雜狹小的地形下,傳統(tǒng)機器人因多采用硬質(zhì)材料制得,導(dǎo)致剛度過大,無法滿足其作業(yè)要求�；诖�,軟體機器人越來越受到研究者們的關(guān)注。軟體機器人可變形、自由度高,在醫(yī)療、救援、勘察領(lǐng)域巨大的應(yīng)用前景。但是軟體機器人在其材料、加工、控制、仿真模擬上仍有很多不足。本文對氣動仿蠕蟲軟體機器人驅(qū)動器結(jié)構(gòu)進行了研究,主要研究內(nèi)容與成果包括:設(shè)計了一種三腔式仿蠕蟲軟體機器人的結(jié)構(gòu),材料選用硅膠與纖維,通過三腔的搭配使機器人能在空間中實現(xiàn)全向運動功能;提出在觸足前接觸面涂抹摩擦系數(shù)較小的材料來增加非對稱性摩擦,以此增加運動性能。推導(dǎo)出簡化驅(qū)動器模型的彎曲方向與驅(qū)動氣壓之間的關(guān)系、驅(qū)動器模型伸長比與驅(qū)動氣壓之間的關(guān)系、彎曲角度與驅(qū)動氣壓之間的關(guān)系。對驅(qū)動器進行ABAQUS有限元仿真模擬,選用Yeoh模型作為驅(qū)動器基體硅膠材料的本構(gòu)模型,研究了纖維環(huán)半徑、纖維環(huán)間距、纖維纏繞方式、氣腔形狀這四個因素對驅(qū)動器的伸長與彎曲性能的影響。結(jié)果表明:增大纖維環(huán)半徑能提升驅(qū)動器的伸長與彎曲性能;增大纖維環(huán)間距會出現(xiàn)氣漲現(xiàn)象,適當(dāng)?shù)臍鉂q現(xiàn)象可以提升驅(qū)動器的伸長與彎曲性能;... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

仿生章魚機器人

圖 1-2 仿毛蟲機器人如圖 1-2 所示的是由 Tufts 大學(xué) Barrty A. Trimmer 實驗室研制的一款仿機器[19]。將形狀記憶合金制作成彈簧的樣子，內(nèi)置于由硅膠材料組成的基體中。通過在硅膠基體中嵌入纖維絲，使硅膠基體產(chǎn)生各向異性[20]。對 SMA 的加熱，可以使機器人達到 30%到 100%的應(yīng)變。硅膠基體提供器的回復(fù)力。通過加熱—伸長—斷電恢復(fù)溫度—硅膠提供收縮力的循環(huán)達到前進的運動的目的。此外國外還有日本立命管大學(xué)研制的蠕動跳躍機器人，可以完成蠕動躍動作；美國塔夫斯大學(xué)研制軟體機器人 GoQBot，可以滾動與跳躍[21]些都是利用 SMA 材料來驅(qū)動的軟體機器人。國內(nèi)同樣在 SMA 驅(qū)動機器人上有很多研究。浙江大學(xué)劉偉庭博士， SMA 的特點，研制了如圖 1-3 所示的柔性蠕蟲機器人[22]。水平面爬行可以得到 2.5 mm/s，還能夠在 40 度斜坡上爬行，同樣是將 SMA 內(nèi)嵌于基體內(nèi)，采用分段驅(qū)動，來帶動機器人運動。

圖 1-3 柔性蠕蟲機器人還有中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)毛世鑫博士研制的仿海星結(jié)構(gòu)機器人[23]。如圖1-4 所示為五足海星狀機器人，每一個足內(nèi)都有嵌有 SMA 材料，通過分別控制五個足內(nèi)的 SMA 產(chǎn)生形變，運動組合，使海星產(chǎn)生不同的運動。圖 1-4 五足仿海星機器人

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同剛度機器人研究現(xiàn)狀綜述[J]. 王汝卓.  設(shè)備管理與維修. 2018(02)
[2]離子液凝膠軟體機器人操作手[J]. 王志鵬,何斌,劉新華,王啟剛.  科學(xué)通報. 2016(23)
[3]軟體機器人結(jié)構(gòu)機理與驅(qū)動材料研究綜述[J]. 李鐵風(fēng),李國瑞,梁藝鳴,程聽雨,楊栩旭,黃志龍.  力學(xué)學(xué)報. 2016(04)
[4]刺激響應(yīng)水凝膠材料的研究進展[J]. 尹艷鎮(zhèn),焦淑菲,黃寶章,龔立兵,姚麗嫦,玉靈芝,劉德敏.  重慶三峽學(xué)院學(xué)報. 2014(03)
[5]機器人技術(shù)研究進展[J]. 譚民,王碩.  自動化學(xué)報. 2013(07)
[6]橡膠材料超彈性本構(gòu)模型的簡化標(biāo)定方法[J]. 程哲,張正藝,宋楊,解德.  固體力學(xué)學(xué)報. 2010(S1)
[7]基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的超彈性橡膠材料有限元分析[J]. 黃建龍,解廣娟,劉正偉.  橡膠工業(yè). 2008(08)
[8]仿生材料電活性聚合物“人工肌肉”的研究進展[J]. 李曉鋒,梁松苗,李艷芳,王永鑫,徐堅.  高分子通報. 2008(08)
[9]新型智能材料:電活性聚合物的研究狀況[J]. 黨智敏,王嵐,王海燕.  功能材料. 2005(07)
[10]單向聚酯簾線增強橡膠材料疲勞特性研究[J]. 劉宇艷,萬志敏,田振輝,杜星文.  復(fù)合材料學(xué)報. 1998(04)

博士論文
[1]輻射對稱仿生柔體機器人協(xié)同推進機理及實現(xiàn)技術(shù)[D]. 毛世鑫.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[2]軟體蠕動機器人系統(tǒng)之研究[D]. 劉偉庭.浙江大學(xué) 2006

碩士論文
[1]多運動模式仿蠕蟲氣動柔性機器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 周雄兵.南京理工大學(xué) 2017
[2]介電高彈體柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計與力電耦合性能研究[D]. 鄒咤南.浙江大學(xué) 2014



本文編號：2964388