气压驱动软体机器人运动研究.pdf

标题为《气压驱动软体机器人运动研究》的这篇文献主要探讨了利用气压驱动机制实现软体机器人的运动控制。软体机器人是机器人技术中的一类特殊机器人，它由柔性材料构成，可以改变自身的形状和尺寸，在许多领域具有广阔的应用前景。与传统刚性机器人相比，软体机器人在适应环境、实现运动、穿过狭小空间等方面具有独特优势。 软体机器人可以分为多个类型，其中软体爬行机器人是一个重要分支。本文提到了几种不同驱动方式的软体爬行机器人。例如，美国塔夫兹大学研制的GoQBot软体机器人，它能够像毛毛虫一样滚动弹射。而“章鱼触手”项目组开发的仿生章鱼触手，其控制方法也可用于水下工作。在软体机器人的驱动方式方面，存在多种技术，比如气动-液压驱动、基于化学反应的凝胶驱动、SMA驱动以及记忆合金驱动等。 本文介绍了设计的一种气压驱动多气囊软体机器人。这种机器人由多个相互连通的气囊和一个双层底座组成，其中底座设有前后摩擦片。充气时气囊膨胀，使软体机器人产生弯曲，而前后摩擦片的不同摩擦力则使得机器人实现了周期性的运动。作者使用了Yeoh模型来研究机器人在运动过程中的非线性力学特性，并得到了气囊内部压力与机器人前进距离之间的非线性关系模型。为了验证软体机器人的周期性运动，作者设计了充气和放气的时间，并通过实验进行了验证。 在进一步介绍软体机器人之前，有必要详细解释一下涉及到的关键技术与理论。Yeoh模型是一种用于描述橡胶等超弹性材料变形特性的本构模型，它假设材料的应变能密度函数只依赖于第一不变量和第二不变量，这一假设允许在大变形情况下对材料的行为进行建模，这在软体机器人的非线性力学分析中十分关键。 气压驱动是一种常见的软体机器人驱动方式，它使用气体作为动力源，通过改变气体的体积来实现机器人的运动。气压驱动的软体机器人一般具有多个气囊或腔室，通过控制各个气囊的充气和放气，可以使得机器人产生各种运动形态，例如弯曲、伸缩、爬行等。 本文所研究的多气囊软体机器人是通过改变各个气囊内部的气压来驱动机器人的运动。每个气囊可以看作是一个独立的驱动单元，通过设计气囊充气的顺序和充气量，可以实现复杂的运动序列。软体机器人在不同环境下能够通过改变其外部形状来适应环境，这种适应性是软体机器人最大的优点之一。 本文还提到了软体机器人的周期性运动过程，这是指机器人运动的一种状态，其中机器人重复执行一系列动作。周期性运动的关键在于机器人可以重复执行特定的运动模式，这对于实现复杂任务非常重要，如稳定行进、操作物体等。 另外，本文也强调了软体机器人在不同领域应用的潜力，特别是在侦察、探测、救援和医疗等需要机器人具备高度适应性和灵活性的领域。软体机器人的这些优点不仅来源于其材料和结构的特殊性，还源自于它不同于传统机器人的驱动方式和控制策略。 本文研究的是一种通过气压驱动实现运动控制的软体机器人。研究者利用多气囊结构和基于Yeoh模型的非线性力学分析，揭示了机器人内部气压与前进距离之间的关系，并通过实验验证了其周期性运动的可行性。这篇文献不仅为气压驱动软体机器人的设计与实现提供了参考，也为进一步研究软体机器人的控制和应用打下了坚实基础。