原创《仿生蠕动型机器人动力学分析和仿真》：本论文为免费优秀的关于机器人动力学论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
摘 要：为提高蠕动型机器人的适应性和行走效率,根据腹足动物蠕动原理,设计了一种可应用于人体大动脉血管介入诊疗的新型蠕动式机器人,该机器人的摩擦力控制模块使固定相与移动相的体节单元与管壁之间具有不同的摩擦系数,从而提高了蠕动效率,使机器人运动更平稳,承载能力更强.描述了机器人的结构与行走原理,分析了机器人在大动脉流场环境中的受力,利用空间算子代数方法,建立了机器人动力学模型,通过试验验证了机器人行走原理,在此基础上进一步进行了任务仿真,测试了机器人在不同环境中的动力学性能.样机试验和仿真的结果表明这种仿腹足动物蠕动式机器人达到了预期目的,而建模和仿真的方法对于其他类型蠕动式机器人也具有借鉴意义.
关键词：仿生微小型机器人；试验；仿真
中图分类号：TP311.11文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2010)04-0025-06
Dynamic Analysis and Simulation of Bionic Creeping Robot
ZHAO Da-Xu1,2, CHEN Bai1,3, WU Hong-tao1, SANG Xian-chen1, QIAN Shuang1(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing Jiangsu 210016, China；2. School of Engineering, Zhejiang A & F University, Lin’an Zhejiang 311300, China; 3. Jiangsu Key Laboratory of Digital Manufacturing Technology, Huaiyin Institute of Technology, Huaian Jiangsu 223003, China)
Abstract: In order to improve adaptability and walking efficiency of micro-robot, a novel bionic micro-robot based on the gastropod"s locomotion principle was developed, which can intervene in human artery blood vessel. The friction control module of the robot makes different friction coefficients between the body and the pipe wall. Therefore, the robot can move more oothly. In the paper, the structure and locomotion principle of the micro-robot has been illustrated and also the mechanical model was established by using space operator algebra (SOA) method. The locomotion principle was verified by experiments. On this basis, dynamic performances of the robot were tested in different environments by mission simulation. Tests and simulations showed that the prototype achieved desired purpose. The modeling and simulation methods he reference value to other types of creeping robots.
Key words: bionic micro-robot; experiments; simulation
在狭隘空间内进行精准作业是一项具有挑战性的工作,本文讨论的典型的狭隘空间主要是指精确度、准确性要求极高的各类管道,包括工业领域的各种油液管线以及人体血管、消化道等.得益于机器人技术和MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)工艺的发展,以及各种微驱动元器件和相关材料的成熟,国内外已经开发出多种用于管内作业的微小型机器人［1］,其*入诊疗的微小型管内机器人逐渐成为该研究领域的一个热点［2］.目前国内外对医用介入微机器人的研究刚刚起步,大多数的方案都还处于原理探索阶段,而进入临床应用研究阶段的瓶颈之一是缺乏精准的动力学模型.
现有微小型机器人多采用游动和蠕动的行走方式.游动式机器人运动灵活,速度快,与管壁没有接触,适合于载荷要求低,且充满液体的管道内作业,具体到人体,则是各类血管.相比游动式,蠕动式机器人则需要通过与管壁接触进行移动,适用于载荷要求大,速度低的任务,既适用于充满液体的管道,也适用于半充满或无液的管道,例如用于人体消化道的介入诊疗.根据文献［3］,蠕动行走应该满足两个重要的功能,即“支撑吸附和驱动行走”,因此典型的蠕动式机器人常采取“多推一”的方式行走,即每一时刻只有一个单元运动［4］,为保证行走效率,一般具有两个以上的体节单元,如仿蚯蚓型机器人与仿蛇型机器人［5］.
本文根据腹足动物行走原理设计了摩擦力控制单元,提高了机器人行走效率,根据两节蠕动式机器人原理样机试验结果,建立了动脉流场环境下的动力学模型,并通过运动学和动力学仿真测试了机器人在典型动脉血管内的运动性能和受力情况.试验和明,机器人在脉动流场冲击的环境下能够平稳运行,研究结果为改进和运动控制提供了依据.
1 蠕动行走原理与机器人结构
1.1 仿生原理与结构
文献［6］研究表明,腹足动物（帽贝、蜗牛、鼻涕虫等）分泌的黏液能够凝固为低硬度的弹性固态,使身体牢固抓附在环境壁面,以保证受冲击以及树栖时的稳定性.腹足动物行走时沿前进方向产生轴向肌肉波动,波动所到处固化的黏液受力屈服液化,减小了腹足运动部分的摩擦力,波动过后黏液又迅速固化,运动肌波的传递推动腹足动物向前蠕动.
受腹足动物运动特性的启发,研制蠕动式机器人时,为体节单元增加了基于磁流变液的增阻模块,该模块模拟了腹足动物黏液的“固化粘合——液化润滑”机理,固定相体节单元增阻模块中磁流变液为固态,使单元与管壁表面的凸凹形成“啮合”,而移动相体节单元增阻模块中磁流变液为液态,使单元与管壁表面的凸凹形成润滑膜,减小摩擦.采用增阻模块后能够大大增加机器人的蠕动效率,而且最简单的机器人系统可以只用两个体节单元组合成(见图1). 机器人由前向单元和致动器单元组成,前向单元安装控制系统、摄像头和诊疗器械等任务载荷,致动器单元装有直线致动器及电池,直线致动器输出轴通过法兰和三根对称分布的A（Shape Memory Alloy)弹簧与前向单元联接,其中A弹簧使机器人具有主动转向能力,而行进和被动转向时则起到缓冲作用.
机器人动力学论文参考资料：
结论：仿生蠕动型机器人动力学分析和仿真为关于对写作机器人动力学论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文机器人动力学论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
