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文檔簡介

仿尺蠖球型模塊軟體機器人的研究隨著人類科技的不斷發(fā)展,人們越來越多地開始對未知領域的探索。軟體機器人可以根據(jù)環(huán)境的改變而主動改變自身形態(tài)體積,與環(huán)境相融,具有普通剛性機器人不具有的優(yōu)點,從而對軟體機器人的研究成為了目前機器人研究領域的熱點方向之一。目前軟體機器人的研究尚處于初級階段,大多數(shù)的軟體機器人只能實現(xiàn)單一的簡單的運動模式?；谝陨显?本文以尺蠖為主要仿生研究對象,設計和研制了一種具有多運動模式的球型模塊軟體機器人實驗平臺,并對該軟體機器人智能控制方案進行了探索。本文針對軟體機器人最為棘手的兩個技術難題:第一是難以建立準確的機器人運動學和機器人動力學模型,提出了通過幾何分析代替力學分析的方案;第二是難以對機器人的運動建立精確的運動控制模型,采用基于視覺伺服的模糊PID控制代替精確控制的方案。本文的主要內容和創(chuàng)新點如下:首先,基于對尺蠖?運動的模仿,設計了一種仿尺蠖球型模塊軟體機器人,該機器人由五個可重組的軟體球型模塊單元和一對可變形軟體摩擦腹足組成,整個軀干部分無任何剛性部件,通過控制外部驅動氣泵對球型模塊的充放氣,使球型模塊依次膨脹或者收縮,實現(xiàn)球型模塊與摩擦腹足的相互配合,完成機器人的運動。其次,基于Mooney-Rivlin模型,建立機器人單個球型模塊力學模型,推導了單個球型模塊膨脹半徑和壓強、充氣時間和膨脹半徑的關系,基于摩擦力二項式公式,推導了摩擦腹足與地面的接觸面積與摩擦系數(shù)的關系模型。再次,基于機器人前進、避障、轉彎幾何運動分析建立了五個軟體球型模塊單元組成的軟體機器人的球型模塊膨脹、收縮以及腹足的交替吸附和脫離地面的運動模型,并通過Python進行了運動仿真,仿真實驗證明所設計的運動模型能實現(xiàn)球型模塊軟體機器人的前進、轉彎和避障運動功能。最后,基于機器人運動的不確定性及難以精確控制,提出了適合本軟體機器人運動的基于視覺伺服的模糊PID控制算法。通過MATLAB/Simulink進行仿真驗證,證明該

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