一種充氣式軟體全向彎曲模塊關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的剛性機器人相比，軟體機器人由柔性材料構(gòu)成，理論上具有無限自由度，能被動柔順變形以適應(yīng)非結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境，與操作對象接觸友好且易實現(xiàn)多功能性，在微創(chuàng)、康復(fù)、助殘、探測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，軟體機器人研究仍處于起步階段，在功能材料、柔性傳感、動力學(xué)建模與仿真、控制等方面仍存在眾多問題亟待解決，開展相關(guān)理論與技術(shù)研究具有重要意義。結(jié)合機器人國家重點實驗室軟體機器人技術(shù)研究自主課題，研制了一種充氣式軟體彎曲變形模塊，具有全向彎曲性

2、能，多個模塊組裝成軟體機器人系統(tǒng)完成避障、抓取等任務(wù)。
　　首先，設(shè)計了一種新型充氣式軟體全向彎曲變形模塊。單個模塊沿周向均布三個獨立可控驅(qū)動內(nèi)腔，通過局部應(yīng)變限制層產(chǎn)生應(yīng)變差，實現(xiàn)全向彎曲運動；采用Yeoh模型描述超彈性硅膠材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，建立了模塊氣壓與變形數(shù)學(xué)模型，采用有限元分析方法，分析了不同幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和驅(qū)動氣壓對彎曲性能的影響，采用鑄造技術(shù)制備軟體彎曲模塊。
　　其次，對軟體彎曲模塊運動學(xué)及動力學(xué)進(jìn)行分析。針對

3、軟體模塊變形時三個驅(qū)動腔位于正三角形頂點的特點，采用基于線驅(qū)動的受力模型，得到了軟體模塊驅(qū)動氣壓與變形角度的解析函數(shù)；針對當(dāng)前軟體機器人構(gòu)型難以測量，且軟體位移傳感器欠缺的情況，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識運動學(xué)形變映射關(guān)系，研制軟體模塊測量平臺并標(biāo)定幾何參數(shù)，通過實驗獲得大量測定實驗樣本；在此基礎(chǔ)上，基于分段常曲率思想，建立模塊運動學(xué)模型；運用拉格朗日法，建立軟體模塊動力學(xué)模型。
　　最后，搭建軟體機器人系統(tǒng)。設(shè)計充放模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高分