软体爬行机器人运动及结构特性研究.pdf

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1、工学硕士学位论文软体爬行机器人运动及结构特性研究STUDYONMOVEMENTANDSTRUCTURECHARCTERISTICSOFSOFTCRAWLINGROBOT王雪峰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH138.9学校代码：10213国际图书分类号：621.5密级：公开工学硕士学位论文软体爬行机器人运动及结构特性研究硕士研究生：王雪峰导师：李军副教授申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH138.9U.D.C.:621.5Dissertatio

2、nfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONMOVEMENTANDSTRUCTURECHARCTERISTICSOFSOFTCRAWLINGROBOTCandidate：WANGXuefengSupervisor：AssociateProf.LIJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,201

3、8Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本课题以软体爬行机器人为研究对象，主要针对软体爬行机器人结构、制作工艺、材料特性、摩擦特性、动态响应特性和应力应变特性进行研究，以四足X型机器人为主要研究对象，并根据四足X型机器人存在的问题，提出了六足微气囊型机器人，试图改善软体爬行机器人的性能。通过硅橡胶结构的设计，使得硅橡胶躯体的各部位弹性模量不同，在气腔内充入高压气体的过程中，实现软体机器人躯干的定向弯曲，从而实现爬行、蠕动等动作。通过静态特性实验和动态响应

4、实验，分析四足X型机器人的特性。并结合有限元仿真，对四足X型机器人进行分析。在实验过程中，发现存在机器人局部结构特性变软现象，这种硅胶损伤机理被称为Mullins效应，该效应的存在导致软体机器人的特性发生显著的变化，仿真结果与实验结果出入较大。采用在仿真过程中引入Mullins本构模型的方法，可以很好地改善仿真结果与实验结果的匹配程度。并针对Mullins效应给软体机器人带来的问题，提出应对策略。软体爬行机器人向前运动的受力来源是与地面的摩擦力，依据现有橡胶摩擦理论，建立摩擦力的数学模型，分析软体爬行机器人本体采用的超弹性体的摩擦产生原因和控制方法，从而进一步指

5、导软体爬行机器人的步态规划，使得运动效率更高。主要通过对软体爬行机器人步态规划和摩擦特性进行研究，针对在不同路面上运动情况不同的现象，分析产生运动效果差异化的原因。四足X型机器人存在一些问题和不足，为解决存在的问题，提出了六足微气囊型软体机器人，六足微气囊机器人的制作工艺上首次采用了液态金属内芯成型工艺，可以有效解决四足X型机器人的工艺存在的缺陷。步态规划上与四足机器人差异较大，可提高机器人的运动效率。本课题进行基于气压驱动原理的新型柔性机器人结构特性和运动特性的研究，为气动柔性软体机器人提供技术基础和支持。以爬行机器人本体为研究对象，研究的首要内容是分析气动软

6、体爬虫机器人的运动机理和结构特性。关键词：软体爬行机器人；摩擦机理；步态规划；Mullins效应I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThetopicofresearchobjectissoftcrawlingrobot,mainlyforsoftcrawlingrobotstructure,productionprocess,materialproperties,frictioncharacteristics,dynamicresponsecharacteristics,andthestressandstraincharacteristics,the

7、mainresearchobjectisfourfootXrobotandaccordingtotheproblemsoffourfootXrobot,andputforwardsixfootmicroballoonrobot,tryingtoimprovethesoftcrawlingrobotsperformance.Throughdesigningthestructureofsiliconerubber,makingeachpartofthesiliconerubberbody’selasticmodulusisdifferent,intheprocess

8、offillingthe