模块化气动软体爬行机器人的设计与分析

作     者：尹宏飞 吕跃东 宋晓娟 YIN Hongfei;LÜYuedong;SONG Xiaojuan

作者机构：内蒙古工业大学机械工程学院呼和浩特010051 内蒙古自治区特殊服役智能机器人重点实验室呼和浩特010051 内蒙古北方重工业集团有限公司特钢事业部包头014033 

出 版 物：《机械传动》 (Journal of Mechanical Transmission)

年 卷 期：2025年第49卷第1期

页      面：64-73页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12362004,12172182,12132002,11962020) 内蒙古自治区高等学校青年科技人才项目(NJYT23029,NJYT23067) 内蒙古杰出青年基金项目(2023JQ14) 内蒙古自治区高等学校创新团队发展计划支持(NMGIRT2213) 内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20220086,JY20220046) 

主　　题：模块化 气动软体机器人 非线性模型 结构仿真分析 

摘      要：【目的】模块化软体机器人具备高柔韧性与理论上的无限自由度,可以适应各种复杂的环境和任务需求。为此,设计了一种仿蜂巢软体驱动单元,将多个该单元连接组成可以实现不同功能的模块化驱动软体机器人。【方法】对设计的仿蜂巢软体驱动单元进行了材料选择与力学分析,建立了软体驱动单元内部驱动气压与变形量之间的非线性关系模型,并采用有限元仿真验证了该模型的有效性;基于仿蜂巢软体驱动单元模块,设计了伸缩型软体机器人和双向弯曲型软体机器人,并对两种构型的软体机器人进行有限元仿真;最后,进行了软体机器人的制作以及模块化驱动软体机器人的试验研究。【结果】仿真结果表明,双向弯曲型软体机器人比相同长度的伸缩型软体机器人在伸缩变形范围上更大,其承载能力较伸缩型软体机器人也更好。试验结果表明,双向弯曲型软体机器人可以实现仿蠕虫的直线爬行与转向运动。并且两种构型的软体机器人试验结果与仿真结果基本保持一致。