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《柔型机械臂之运动理念及动力理念建模及视觉伺服控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、柔型机械臂之运动理念及动力理念建模及视觉伺服控制第一章绪论1.1引言随着材料合成、机械制造和计算机技术的蓬勃发展，以及控制理论、仿生学的深入研究，机器人领域在过去几十年发生了翻天覆地的变化。从刚体机器人到离散冗余度机器人，从硬质连续体机器人到软体机器人，机器人的应用早已不局限于装配、焊接、喷漆等传统工业领域，而是扩展到医学、教育、农业、军事等多个领域，几乎涵盖了人们生活的方方面面[1]。近几年，科学家从自然界的动物和植物中获得灵感，逐步开展对基于仿生学的软体机器人的研究。软体机器人的构想，最初于一种称为静水骨骼的生理结构，它是一种流体性的支持系统。许多无脊椎动物不像脊椎动物那样具有坚硬
2、的内骨骼，可以作为支撑身体的骨架和肌肉运动的支点，而是依靠构造简单却不失高效的静水骨骼维持体型并完成运动。由于流体具有不可压缩性、传送压力平均和变形容易等特性，因此静水骨骼能提供生物体作较大的变形。章鱼触手、大象鼻子、哺乳动物舌头等都是典型的静水骨骼结构，均能产生伸长、收缩、弯曲和扭转等基本运动[2]。与刚体机器人、离散冗余度机器人、硬质连续体机器人相比，软体机器人的优势主要体现在材料方面。目前在研的软体机器人，大多由硅橡胶、形状记忆合金、电活性聚合物、人工气动肌肉等柔性材料制作而成，柔性材料本身具有的连续性，使软体机器人能够拥有无穷多个自由度，不仅确保了安全性，而且增强了灵活性，使得
3、软体机器人能在狭小的、受限的结构化或非结构化环境中自如地运动。软体机器人的上述特性，使之特别适用于微创手术、探索营救等应用领域。当然，相比其他三种机器人，软体机器人的劣势也是十分明显的。软体机器人由柔性材料制成，内部往往不具有支撑结构，因此其末端的承载能力是非常有限的，为了弥补这点缺失，软体机器人通常运用整个身体的弯曲来完成对物体的抓取，或是将软体机器人应用在水下环境以抵消一部分重力。除此之外，软体机器人在受外力作用或与环境接触的状况下，变形状态难以估计，也给软体机器人的建模和控制带来不小的难度，在建模不准确、可控性差的情况下，其末端的可达性和精确度势必会大打折扣。1.2软体机器人研究
4、现状软体机器人的特性，如具有无穷多个自由度、大应变能力、高安全性和高灵活性，以及适用于复杂的非结构化环境的巨大潜能，使得越来越多的机器人研究学者投身到软体机器人的研究领域，从而诞生了一系列结构精巧、运动自如、环境适应能力强的软体机器人。这里，仅就近几年来在业界影响深远、颇受好评的典型的软体机器人作一些简略的介绍。（1）海星机械手美国哈佛大学的GeorgeM..KierandI.D.,Coiniaturesnake-likesurgicalrobots.In:2006IEEE/RSJInternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems.
5、Beijing,China:IEEE,p.2857–2863.[3]曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力.软体机器人研究现状综述.机械工程学报.2012,48(3):25-33[4]Ostroetricmechanicsofundulatoryroboticlootion.IntJRobotRes.17(7):683–701.[5]cCordZ,NaaktgeborenA,Gianfortoni,P,Gonzalez-RiveroM,HattonR,ChosetH.2007.Designofamodularsnakerobot.In:IROS2007.I
6、EEE/RSJInternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems,SanDiego,CA:IEEE,2007.p.2609–2614.[6]LachatD,CrespiA,IjspeertAJ.2006.Boxybot:asmingandcraedicalRoboticsandBiomechatronics(BioRob2006).Pisa,Italy:IEEE,p.643–648.[7]CrespiA,IjspeertAJ.2006.AmphibotII:anamphibioussnakerobotthat
7、crasusingacentralpatterngenerator.Paperpresentedat:9thInternationalConferenceonClimbingandAPolytechnics,p.19–27.[8]SugiyamaY,HiraiS.2006.Crapingbyadeformablerobot.I.JRoboticRes.25(5-6):603–620.[9]TrimmerB,Takesia
