長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)學(xué)研究.pdf

1、隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越多，傳統(tǒng)的機(jī)器人由于其擁有的很大的剛性，局限了其與環(huán)境相互作用的能力，然而軟體機(jī)器人具有充分的柔順性、適應(yīng)性、超冗余或無(wú)限自由度，甚至可以任意改變自身形狀和尺寸以適應(yīng)環(huán)境和目標(biāo)，能夠完成許多傳統(tǒng)機(jī)器人不能完成的任務(wù)，所以軟體機(jī)器人是一個(gè)新興且極具前景的研究方向。
　　近年來(lái)，仿生軟體機(jī)器人已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但是目前的仿生軟體機(jī)器人只是解決了工作過(guò)程中柔軟性的要求，而軟體機(jī)器人在工作

2、過(guò)程中自身的剛度要求沒(méi)有得到很好的解決。本課題組研究的長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人具有軟體機(jī)器人的柔軟性，并且其自身的剛度可以進(jìn)行獨(dú)立可變的控制，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，動(dòng)作靈活，既是驅(qū)動(dòng)器又是執(zhí)行器。本文對(duì)長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特性、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性及其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行了深入的研究，主要工作和成果如下：
　　1、對(duì)長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人結(jié)構(gòu)特性和軸向伸長(zhǎng)靜態(tài)特性進(jìn)行研究。通過(guò)研究章魚(yú)腕足的運(yùn)動(dòng)特性設(shè)計(jì)了長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人，對(duì)軟體機(jī)器

3、人的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；通過(guò)力平衡原理建立機(jī)器人軸向伸長(zhǎng)的靜態(tài)模型，分析了靜態(tài)模型中各參數(shù)對(duì)軟體機(jī)器人軸向伸長(zhǎng)的影響。
　　2、提出了長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人主動(dòng)彎曲理論。通過(guò)力矩平衡建立了長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人主動(dòng)彎曲理論的靜態(tài)模型，分析模型中各個(gè)參數(shù)對(duì)機(jī)器人彎曲靜態(tài)模型的影響；基于氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理，建立長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人充放氣過(guò)程動(dòng)態(tài)模型，并對(duì)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行仿真分析。
　　3、提出了長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

4、闡述軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的理論基礎(chǔ)；對(duì)軟體機(jī)器人平面運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，定義出其位姿和位姿的微分變換；建立軟體機(jī)器人單節(jié)和多節(jié)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并對(duì)軟體機(jī)器人空間運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)動(dòng)位姿進(jìn)行仿真分析。
　　4、對(duì)長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人的靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。搭建了長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制軟件；對(duì)長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人的軸向伸長(zhǎng)、彎曲和運(yùn)動(dòng)位姿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制實(shí)驗(yàn)