一种新型用于搜救的连续体机器人运动学分析及仿真

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针对近年来我国多发的地震、泥石流、滑坡、洪水等重大灾害发生时的应急救援装备的需求,本文提出一种能够在灾害现场采集救援信息的机器人——连续体搜救机器人。本机器人需具有优良的弯曲性能,以适应灾难造成的有众多障碍物、工作空间狭小的非结构环境,即可以根据路面的不同现状通过自身机构调节改变运动模式和运动姿态来适用于多种复杂路面环境,另外其还可以搭载多种救援功能模块,实现机器人与灾害现场指挥终端间的信息共享。本文的主要创造性工作包括:1.基于仿生学原理,确定了连续体搜救机器人的结构方案。为了使得本机器人适应灾后的非结构环境,采用弹簧作为机器人的本体结构,整个机器人由两个关节段组成,每段可实现两个弯曲自由度,通过六根驱动线的协调控制来改变整个机器人的运动姿态,以适应灾后的复杂环境。2.采用了一种新的连续体搜救机器人运动学分析方法。由于连续体搜救机器人的结构特点,传统的运动学分析方法不再适用。针对本连续体机器人的弯曲运动,采用旋量理论和指数积方法来建立本机器人的运动学模型。而且基于这种方法对于逆运动学的求解可以直接借鉴逆解子问题,来简化逆运动学的分析。另外为了避免这种旋量法的重复计算,本文在Matlab的Guide环境中建立了简单的计算界面。3.建立了连续体搜救机器人的刚柔混合ADAMS虚拟样机模型。根据对机器人本体结构弹簧柔性化的要求,在ANSYS中对刚性弹簧模型进行网格化处理,最后再将柔性化后的弹簧与其他结构在ADAMS中装配起来即可得到本机器人的刚柔混合模型,通过对其设置合理的约束及驱动验证机器人运动学理论分析的正确性。
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