检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杜勇中国科学技术大学

学位级别：博士

具有无限自由度和连续变形能力,可在大范围内任意改变自身形状和尺寸的软体动物在自然界中具有极强的适应能力。发展具备类似能力的仿生软体机器人,一直是各国研究人员的目标。作为对仿生机器人研究的延续,仿生软体机器人通过主动变形... 详细信息

具有无限自由度和连续变形能力,可在大范围内任意改变自身形状和尺寸的软体动物在自然界中具有极强的适应能力。发展具备类似能力的仿生软体机器人,一直是各国研究人员的目标。作为对仿生机器人研究的延续,仿生软体机器人通过主动变形和被动变形的结合使其具有出色的运动灵活性和对复杂环境的相容性,在军事、科研、医疗等领域具有广泛的应用前景。针对当前仿生软体机器人存在运动模式单一,运动效率和环境适应能力不能有效兼顾的问题,本论文以能实现三种运动模式的仿生软体机器人为研究对象,围绕着仿生软体机器人三种运动模式的实现机制,开展了仿生软体机器人多运动模式实现原理研究,仿生软体机器人整体结构设计研究,仿生软体机器人运动特性研究以及内嵌SMA丝的平板弯曲驱动器动态特性研究等工作。论文的主要研究内容和成果如下： (1)通过分析自然界中各种软体动物的运动特点,在已有研究工作的基础上,结合形状记忆合金的特性,设计了一种将滚动运动、蠕动运动和Ω型运动方式集合在一起的可变形仿生软体机器人。在平坦路面上,通过自身的柔性变形推动仿生软体机器人向前滚动运动,以提高其运动速度和运动效率;在通过狭小空间时,身体展开采用蠕动运动以提高通过性;而遇到沟壑或者障碍时,身体变形采用Ω型前进提高其越障能力。通过对仿生软体机器人的三种运动模式进行详细的研究,获得了软体机器人实现三种运动模式的运动机理,然后在此基础上完成了软体机器人的总体方案设计。软体机器人采用模块化的设计思想,由运动单元和分离单元组成。每个运动单元包括了偏转单元和蠕动单元,设计了软体机器人的偏转单元和蠕动运动单元以及头尾连接结构。 (2)利用多刚体运动学仿真软件ADAMS对仿生软体机器人两种典型的运动模式,滚动运动和蠕动运动,进行运动学的仿真分析。基于伪刚体模型建立了仿生软体机器人在ADAMS中的滚动仿真模型,通过调整弹簧力的施加时序,使得机器人的滚动达到最优,获得了仿生软体机器人在X轴方向(滚动方向)和Y轴方向(垂直于滚动运动方向)的运动位移和速度曲线图,给出了仿生软体机器人滚动运动的控制策略。建立了软体机器人在ADAMS中的蠕动运动仿真模型,采用微型锯齿结构来模拟仿生刚毛结构和粗糙的地面,获得了软体机器人在X轴方向(蠕动运动方向)上的运动位移和速度曲线图,并分析了运动特性。利用实验室现有的材料和设备,加工一个仿生软体机器人的原理样机,采用AB胶来粘结软体机器人的各个运动单元,简化了软体机器人的结构,设计了可同时控制24路SMA偏转驱动器的仿生软体机器人运动控制系统。验证了采用粘结的方式连接仿生软体机器人头尾可以从环形运动状态转换到直线运动状态,以及通过实验的方法对软体机器人的滚动运动特性进行了研究(机器人可以在6s的内可以滚动160mm) (3)基于三维空间力系平衡关系,分别建立了SMA线性致动器的力学平衡方程和弹性基板的力平衡方程和力矩平衡方程,综合SMA线性致动器的平衡方程和弹性基板的平衡方程即可获得平板弯曲驱动器的动力学平衡方程,并引入SMA本构方程和SMA热力学平衡方程,在已知平板驱动器各个参数的情况下,使得平板弯曲驱动器的偏转过程可以被有效的预测出来。 (4)对SMA准静态热/力耦合特性、动态热/力耦合特性及本构模型进行了详细的实验研究,并重点研究了SMA丝在不同应力条件下相变温度随应变的变化而改变的特性以及不同应变速率情况下的应力一应变特性。基于SMA具有输出力大、变形大、较高功重比、低电压驱动和寿命长的特性,设计了性能稳定且可靠的内嵌SMA丝的平板弯曲驱动器,并通过仿真和实验对其偏转特性进行详细的研究。通过仿真和实验结果的对比,验证了平板驱动器力学模型的正确性,同时发现平板弯曲驱动器的偏转角度和输出弯矩有着近似的线性关系,并且采用脉冲电流对SMA丝加热的方式可以有效的提高驱动器的输出效率。

关键词：仿生软体机器人形状记忆合金内嵌式平板弯曲驱动器滚动运动蠕动运动仿尺蠖运动

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基于磁流体的流-固耦合型软体机器人的设计、优化及实验研究

基于磁流体的流-固耦合型软体机器人的设计、优化及实验研究

引用

作者：张翼骋东南大学

学位级别：硕士

近年来,由于软体机器人具备较强的环境适应性、良好的柔韧性以及高自由度等优点,受到了广泛的关注。在软体机器人的诸多分类中,磁化固体材料驱动的软体机器人由于其无线缆、操作性强等特点,倍受研究人员的青睐。但是磁化固体材料驱动的... 详细信息

近年来,由于软体机器人具备较强的环境适应性、良好的柔韧性以及高自由度等优点,受到了广泛的关注。在软体机器人的诸多分类中,磁化固体材料驱动的软体机器人由于其无线缆、操作性强等特点,倍受研究人员的青睐。但是磁化固体材料驱动的软体机器人存在自身形变特性依赖于机器人内部固体材料的位置设计和磁化特性设计的缺点。本文以磁性材料驱动型软体机器人为切入点,针对当前磁化固体材料驱动的软体机器人在改变自身磁化特性的不足,利用磁流体的流动性和磁性,提出了一种基于磁流体的流-固耦合型软体机器人,以提高软体机器人的可控性、灵活性、适应性为研究目标,对设计方法、制作流程、优化方法、移动能力和多地形越障能力等关键问题进行了深入研究。主要研究内容如下: (1)研究了适用于流-固耦合型软体机器人的运动模式,分析了不同运动模式的特点及应用场景,利用仿真软件模拟了不同运动模式下的软体机器人的运动过程;研究了不同运动模式中影响软体机器人运动性能的关键因素,得出了不同运动模式所能达到的最大运动速度和最大运动距离。 (2)提出一种以滚动运动为基础的基于磁流体的流-固耦合型软体机器人。研究了滚动运动模式的流-固耦合型软体机器人结构以及驱动原理;对滚动式的流-固耦合型软体机器人的运动原理进行仿真验证;以机器人制作过程的经济性、便捷性为出发点,选用合理的商业材料,使用复杂度低的加工工艺方法,设计了一套通用快捷的磁流体软体机器人的制作流程;依靠便捷迅速的制备方法制造出了不同结构长度的滚动式软体机器人,并针对影响软体机器人运动性能的关键参数进行研究;通过实验验证了研究单轮式滚动型软体机器人具有出色的地形适应能力和跨越障碍的能力、双轮式滚动型软体机器人具有良好的避障能力。 (3)针对磁流体在流动过程中摩擦损耗较大的问题,介绍了拓扑优化的基本设计方法和使用思路,介绍了基于变密度法的固体拓扑优化,并在此基础上研究了基于变密度法的流体拓扑优化;最后,制作了经过拓扑优化之后的模型,并通过实验验证了拓扑优化的可行性。 (4)提出了一种模仿尺蠖运动的基于磁流体的流-固耦合型软体机器人,研究了仿尺蠖运动的软体机器人运动机理并利用拓扑优化,完善了最初设计的结构;利用有限元分析软件验证了该种软体机器人的合理性和可行性;搭建了基于磁流体的流-固耦合型软体机器人的控制平台和跨越地形实验场景;通过实验验证了仿尺蠖运动的流-固耦合型软体机器人的高度灵活性和可控性。

关键词：磁流体软体机器人拓扑优化仿尺蠖运动滚动运动

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微型伸缩机器人的步距研究

引用

现代制造技术与装备 2022年第2期58卷 105-107页

作者：盛晟兰州工业学院兰州730050

微型伸缩机器人主要用于体内的检测和治疗,与内窥镜的检测方式相比大大减轻了患者的不适感。针对微型伸缩机器人的仿尺蠖运动方式,对其临界步距进行研究,分析临界步距对机器人运动效率产生的影响。通过分析速度与临界步距之间的关系,可... 详细信息

微型伸缩机器人主要用于体内的检测和治疗,与内窥镜的检测方式相比大大减轻了患者的不适感。针对微型伸缩机器人的仿尺蠖运动方式,对其临界步距进行研究,分析临界步距对机器人运动效率产生的影响。通过分析速度与临界步距之间的关系,可根据机器人工作环境的具体情况改变行进速度,以达到更高的运动效率。

关键词：微型机器人仿尺蠖运动临界步距运动效率

来源：评论

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