面向船闸水下空间检测的连续型机器人研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kangta98
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连续型机器人采用柔性结构与柔性驱动,具有良好的弯曲特性和环境相容性,能较好地适应障碍物较多和非结构化的复杂空间。针对船闸水下空间检测需求,通过机器人的分析、设计与实验,实现了一种由气动人工肌肉驱动、面向船闸水下空间检测的连续型机器人。分析船闸水下空间的结构特点,确定采用两关节连续型机器人总体结构方案,采用气动人工肌肉作为驱动元件。基于恒曲率假设,进行柔性关节弯曲段和连续型机器人的运动学分析,确定柔性关节的结构参数,研制了由两柔性关节串联组成的连续型机器人。通过关节空间变量与驱动空间变量关系的试验,修正其误差减小至10%。构建气动人工肌肉力—位移静态特性测试平台,获得人工肌肉在不同气压值条件下的收缩力与收缩率数据。利用lsqcurvefit函数对其进行非线性拟合,以表示其静态特性。基于弯曲平面内法线方向上的受力平衡关系,建立弯曲段力学模型,推导了弯曲段角度与人工肌肉收缩力的关系,结合肌肉静态特性,得出弯曲段角度与肌肉气压值之间的关系。构建测试平台测试柔性关节弯曲角度,其中:单肌肉加压至0.62MPa,弯曲角度达到91.56?;双肌肉驱动时,当拮抗肌肉加压至0.25MPa,主动肌肉加压至0.74MPa,弯曲角度为62.74?,试验结果与模型较为吻合。带负载试验表明,负载对弯曲段角度影响较大,带负载弯曲角度与主动肌肉气压值具有较好的线性关系。构建阀门水下虚拟显示界面,实现机器人在空间xyz方向的平动以及弯曲姿态的操控。构建了机器人水下空间试验环境,试验表明,机器人末端相机能够按预期姿态到达检测位置,获取待检测目标的图像。
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