氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙游動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著水下資源勘探與開(kāi)發(fā)、水中偵查與預(yù)警等科學(xué)及軍事領(lǐng)域的需求提高，水下機(jī)器人技術(shù)得到快速發(fā)展。研究人員受自然界中的生物的啟發(fā)，以水下生物為原型，開(kāi)發(fā)出多種仿生水下機(jī)器人。青蛙具有水中游動(dòng)、陸地跳躍兩棲運(yùn)動(dòng)能力，研制兼具雙重運(yùn)動(dòng)特性的仿青蛙機(jī)器人，可以使其在傳統(tǒng)仿生水下機(jī)器人及足式機(jī)器人無(wú)法到達(dá)的區(qū)域作業(yè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)青蛙的水下游動(dòng)機(jī)理進(jìn)行研究，豐富和完善水下機(jī)器人推進(jìn)技術(shù)，拓寬水下機(jī)器人的應(yīng)用廣度，為兩棲仿青蛙機(jī)

2、器人的研制奠定基礎(chǔ)。
　　首先對(duì)青蛙的生物結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，研究青蛙的肌骨骼運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其游動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)，抽象出軀干及后肢機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型并進(jìn)行仿真優(yōu)化研究，在此基礎(chǔ)上建立基于氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的拮抗式關(guān)節(jié)模型，對(duì)影響關(guān)節(jié)角度及輸出力矩的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，為仿青蛙游動(dòng)機(jī)器人的本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　其次，基于青蛙的肌骨骼運(yùn)動(dòng)機(jī)理和機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型，進(jìn)行機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人的髖部、大腿、小腿及腳蹼等后肢推進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)

3、行設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的無(wú)纜長(zhǎng)距離自主游動(dòng)，設(shè)計(jì)可集成于機(jī)器人本體上的小型高壓供氣系統(tǒng)和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)；對(duì)機(jī)器人的軀干及后肢機(jī)構(gòu)進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，使機(jī)器人具備在水中游動(dòng)的能力。對(duì)機(jī)器人的重力、浮力及配重進(jìn)行計(jì)算，保證水中運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及可靠性。
　　第三，對(duì)機(jī)器人游動(dòng)過(guò)程中的水動(dòng)力問(wèn)題進(jìn)行研究，建立軀干和后肢運(yùn)動(dòng)阻力及腳蹼推進(jìn)力模型，基于拉格朗日法建立機(jī)器人的無(wú)升潛動(dòng)力學(xué)方程，并分析逆動(dòng)力學(xué)求解方法。結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)約束，對(duì)機(jī)器人

4、游動(dòng)過(guò)程中的軌跡規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行仿真優(yōu)化研究，得到機(jī)器人在推進(jìn)階段與恢復(fù)階段的最優(yōu)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡；同時(shí)在ADAMS中建立仿真模型，利用得到的優(yōu)化軌跡進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真分析，驗(yàn)證所建立的動(dòng)力學(xué)模型及軌跡規(guī)劃的有效性。
　　最后，設(shè)計(jì)機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)，確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制策略，編寫(xiě)機(jī)器人后肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)及整機(jī)游動(dòng)實(shí)驗(yàn)的上下位機(jī)軟件程序，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行機(jī)器人的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)機(jī)器人在水中的整機(jī)游動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證論文在青蛙肌骨骼運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析