蚯蚓型移动机器人的驱动、环境共融动力学分析和实验
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摘要
蚯蚓型移动系统设计的关键问题是驱动形式和与环境共融。本报告研究内部振动驱动和环境摩擦条件下,移动系统的动力学建模、分析与实验。型具有可动内部质量系统(system with movable internal mass)是一种典型的振动驱动系统,并有可能成为某些微型和蛇形机器人的驱动形式。于是,实现系统的正向运动和提高稳态速度成为研究这类系统的目标。为了实现这一目标,常常需要设计摩擦的形式、内部质量的运动速度和加速度等,所形成动力学模型是非光滑的,动力学分析也是针对非光滑系统展开的。我们将报告我们最近的一些研究结果,主要内容有:移动系统的非Stick-Slip稳态运动,在Coulomb干摩擦力作用下振动驱动移动系统的Stick-Slip运动,受内部加速度控制模式的单单元系统可能出现的Stick-Slip运动进行了分类和实验验证;建立了蚯蚓型机器人的一般化的运动学和动力学模型,并基于蚯蚓的后退蠕动波,提出了任意单元蚯蚓型机器人的一般化步态设计算法;基于仿生学的思想,通过模仿蚯蚓的肌肉结构和肌肉功能,设计和制作了一个八单元蚯蚓型振动驱动移动机器人,并从实验上研究了步态对多单元蚯蚓型机器人运动性能的影响。
引文