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文档简介

仿尺蠖球型模块软体机器人的研究随着人类科技的不断发展,人们越来越多地开始对未知领域的探索。软体机器人可以根据环境的改变而主动改变自身形态体积,与环境相融,具有普通刚性机器人不具有的优点,从而对软体机器人的研究成为了目前机器人研究领域的热点方向之一。目前软体机器人的研究尚处于初级阶段,大多数的软体机器人只能实现单一的简单的运动模式。基于以上原因,本文以尺蠖为主要仿生研究对象,设计和研制了一种具有多运动模式的球型模块软体机器人实验平台,并对该软体机器人智能控制方案进行了探索。本文针对软体机器人最为棘手的两个技术难题:第一是难以建立准确的机器人运动学和机器人动力学模型,提出了通过几何分析代替力学分析的方案;第二是难以对机器人的运动建立精确的运动控制模型,采用基于视觉伺服的模糊PID控制代替精确控制的方案。本文的主要内容和创新点如下:首先,基于对尺蠖?运动的模仿,设计了一种仿尺蠖球型模块软体机器人,该机器人由五个可重组的软体球型模块单元和一对可变形软体摩擦腹足组成,整个躯干部分无任何刚性部件,通过控制外部驱动气泵对球型模块的充放气,使球型模块依次膨胀或者收缩,实现球型模块与摩擦腹足的相互配合,完成机器人的运动。其次,基于Mooney-Rivlin模型,建立机器人单个球型模块力学模型,推导了单个球型模块膨胀半径和压强、充气时间和膨胀半径的关系,基于摩擦力二项式公式,推导了摩擦腹足与地面的接触面积与摩擦系数的关系模型。再次,基于机器人前进、避障、转弯几何运动分析建立了五个软体球型模块单元组成的软体机器人的球型模块膨胀、收缩以及腹足的交替吸附和脱离地面的运动模型,并通过Python进行了运动仿真,仿真实验证明所设计的运动模型能实现球型模块软体机器人的前进、转弯和避障运动功能。最后,基于机器人运动的不确定性及难以精确控制,提出了适合本软体机器人运动的基于视觉伺服的模糊PID控制算法。通过MATLAB/Simulink进行仿真验证,证明该

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