连续型机器人的设计与动力学建模

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传统的刚性机器人已经在现代社会中得到了广泛的应用,但是由于缺乏柔顺性,不适合工作于非结构化、高约束的环境中。不同于传统刚性机器人,连续型机器人模仿章鱼触手、象鼻等生物器官的“无脊椎”结构,可柔顺地改变自身形状以适应环境,具有更好的灵活性与安全性。但也正因为其全身柔顺性,有无限多的自由度,在控制上很难达到较高的刚度和精度,这也是制约连续型机器人广泛应用的一大重要因素。本文主要提出了一种采用新型混合驱动原理的仿章鱼触手连续型机器人。所使用的驱动器是在传统的人工气动肌肉的基础上内置回中弹簧,增加了其刚度,使其在外力或者驱动力撤销之后能回到初始位置,同时在气压驱动的基础上,在气动肌肉内部穿过驱动丝使其能对机器人位姿进行微调,提高了控制精度。本文还提出了一种基于弹簧-阻尼-质量块系统的连续型机器人三维动力学模型,该动力学模型将连续型机器人沿轴向分割成若干片段,每一片段都用弹簧-阻尼-质量块进行替换,然后通过Runge-Kutta迭代法求其运动过程。该模型能够同时考虑外力及驱动力,且能在三维空间内反应机器人的软体特性。最后,通过实验及仿真验证了样机以及模型的性能。实验结果和仿真结果达到了较好的一致性。
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