收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于范德华力的仿壁虎机器人在模拟空间环境下的黏附和运动仿真研究

沈丹妮  
【摘要】:研究成本低、运动范围大、可自主移动的新型空间仿壁虎爬壁机器人,可以填补机械臂无法精细化、灵活操作的空缺,未来可以无障碍地爬行于宇宙飞船或空间站的舱体内外,协助宇航员完成特定的检修和勘探任务,在航天领域将有重要的研究意义和广泛的应用前景。本文首先从可能影响机器人黏附可靠性的足端姿态开始分析,通过总结脚掌姿态变化角度与位移轨迹的关系,系统的研究了机器人运动过程中腿部摆动对接触姿态的影响,由此对踝关节被动自由度的设计提出了要求;然后,研制了单腿测力平台,将其分别置于大气常温、真空、高温环境中,验证脚掌干黏附材料是否适用于空间极端情况;最后,通过仿真分析总结了机器人在微重力环境下的运动规律,为实物调试提供指导。主要工作如下:通过分析单腿自由度分布情况总结了机器人在运动过程中脚掌的位姿变化,将姿态变化角度分解为接触平面在原平面内的旋转角度和空间中的翻转角度,分别分析了仿壁虎机器人单腿在法向黏附力测试、切向黏附力测试、脱附力测试过程中姿态变化角与足端位移的对应关系,分析结果可作为步态规划、被动自由度设计、脚掌精确控制的重要参考。提出了影响干黏附材料性能的步态参数:预压力及脱附轨迹角度,并对其进行优化,使材料具有强黏附和易脱附的性能。通过实验设备改变环境真空度和温度,并设计单腿测力平台,实时记录不同轨迹下的足端黏脱附力,与大气环境中的实验数据进行对比分析,总结得真空环境中材料黏脱附性能与大气中几乎无差异;高温环境中随着温度的改变,在材料表面能和杨氏模量的综合影响下,黏附、脱附效果和大气中有稍有差异。利用ADAMS与ANSYS软件分别建立机器人机身仿真模型与脚掌柔性模型,通过分析脚掌接触力学优化脚掌基底材料弹性模量及脚掌接触速度等参数;并在仿真软件中分别设置重力和微重力环境,通过观察机身质心位移、关节角速度和输出转矩、运动姿态、足端力与力的冲量等数据,综合分析微重力环境对运动稳定性带来的影响,将来可以利用仿真结论指导机器人实物调试,最后通过实验测试确定了较优的脚掌基底。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前14条
1 王田苗;孟偲;裴葆青;戴振东;;仿壁虎机器人研究综述[J];机器人;2007年03期
2 王田苗;孟偲;官胜国;裴葆青;;柔性杆连接的仿壁虎机器人结构设计[J];机械工程学报;2009年10期
3 孟偲;王田苗;丑武胜;官胜国;裴葆青;;仿壁虎机器人的步态设计与路径规划[J];机械工程学报;2010年09期
4 张龙;孟偲;刘颖;王田苗;;仿壁虎机器人多路舵机控制器设计[J];微特电机;2010年09期
5 俞志伟;宫俊;张昊;戴振东;;基于三维力反馈的仿壁虎机器人单腿运动控制[J];仪器仪表学报;2011年12期
6 张昊;龙玮洁;李锦方;俞志伟;阮鹏;戴振东;;一种仿壁虎机器人侧向地壁过渡方式及步态[J];中国机械工程;2013年05期
7 曹飞祥;孙树栋;段军;郜庆市;;仿壁虎机器人地壁过渡的步态规划[J];机床与液压;2013年09期
8 李琥;孙树栋;段军;;基于逆运动学仿壁虎机器人步态规划[J];机械科学与技术;2011年11期
9 代良全;张昊;戴振东;;仿壁虎机器人足端工作空间分析及其实现协调运动的步态规划[J];机器人;2008年02期
10 俞志伟;杨屹巍;宫俊;戴振东;;基于LPC2103的仿壁虎机器人控制系统设计[J];制造业自动化;2011年22期
11 陈建敏;俞志伟;戴振东;;基于MATLAB的仿壁虎机器人天花板粘附运动仿真[J];系统仿真技术;2011年04期
12 段军;孙树栋;曹飞祥;;一种仿壁虎机器人吸盘组设计与抗倾覆能力分析[J];机床与液压;2012年17期
13 阮鹏;俞志伟;张昊;张晓峰;戴振东;;基于ADAMS的仿壁虎机器人步态规划及仿真[J];机器人;2010年04期
14 ;[J];;年期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张昊;大壁虎运动行为研究及仿壁虎机器人研制[D];南京航空航天大学;2010年
2 李宏凯;类壁虎机器人的仿生控制:从行为观测到控制实现[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈丹妮;基于范德华力的仿壁虎机器人在模拟空间环境下的黏附和运动仿真研究[D];南京航空航天大学;2016年
2 于树林;柔性仿壁虎机器人控制系统研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 宫俊;仿壁虎机器人运动控制:力反馈三维传感器及初步反馈行为[D];南京航空航天大学;2011年
4 詹毅仁;舵机电机驱动的类壁虎机器人的运动控制系统[D];南京航空航天大学;2006年
5 虎强;仿壁虎机器人的结构设计与运动学分析[D];北京邮电大学;2014年
6 阮鹏;基于虚拟样机技术的仿壁虎机器人步态规划及运动仿真[D];南京航空航天大学;2010年
7 章旭君;仿壁虎机器人的机构设计与仿真[D];南京航空航天大学;2005年
8 倪杰;壁虎机器人脚掌仿生材料的设计和制备研究[D];南京航空航天大学;2005年
9 李冰;柔性仿壁虎机器人的研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 陈建敏;仿壁虎机器人负表面爬行的步态规划及运动仿真[D];南京航空航天大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 本报记者 刘霞;仿生学:从大自然中攫取思想的火花[N];科技日报;2009年
2 编译 江鑫;壁虎机器人爬墙如履平地[N];北京科技报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978