一種充氣式軟體全向彎曲模塊關鍵技術研究.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成，理論上具有無限自由度，能被動柔順變形以適應非結構復雜環(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、助殘、探測等方面具有廣闊的應用前景。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，開展相關理論與技術研究具有重要意義。結合機器人國家重點實驗室軟體機器人技術研究自主課題，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。
　　首先，設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動內腔，通過局部應變限制層產生應變差，實現(xiàn)全向彎曲運動；采用Yeoh模型描述超彈性硅膠材料應力應變關系，建立了模塊氣壓與變形數(shù)學模型，采用有限元分析方法，分析了不同幾何結構參數(shù)和驅動氣壓對彎曲性能的影響，采用鑄造技術制備軟體彎曲模塊。
　　其次，對軟體彎曲模塊運動學及動力學進行分析。針對

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