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文檔簡介
1、機(jī)器人技術(shù)在過去的幾十年取得了巨大進(jìn)展,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè),醫(yī)療,教育以及家庭服務(wù)等方面。然而,在某些特殊條件下,用硬質(zhì)材料制成關(guān)節(jié)并依靠電機(jī)驅(qū)動的剛體機(jī)器人的應(yīng)用仍受到一些限制。如在室外凹凸不平的地面移動,穿越彎曲狹小的管道,抓取光滑的球體等,其無法良好的適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。由于具有順從性并且能和周圍環(huán)境柔和的交互,軟機(jī)器人已經(jīng)成為新的研究熱點。然而目前大多數(shù)軟機(jī)器人都是依靠研究人員的直覺和經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計加工,缺乏系統(tǒng)性的理論分析,如受力分
2、析,形變分析等,需要進(jìn)行大量實驗不斷對假設(shè)進(jìn)行驗證,研發(fā)成本較高。在缺乏合適材料的情況下,無法對軟機(jī)器人進(jìn)行加工制作,相關(guān)的控制算法也無法得到驗證。對于軟機(jī)器人的研究人員來說,一個功能完善的仿真平臺是非常必要的。
本論文構(gòu)建了一個蜂巢軟體氣動手指模型,它是由內(nèi)嵌的蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成,克服了矩形氣動單元易破裂,對材料韌性要求高的缺點。為了分析氣動單元內(nèi)氣壓變化對手指形變產(chǎn)生的影響,文中建立了相應(yīng)的理論模型和物理仿真模型。由于B
3、ullet物理引擎自身不能有效的支持氣動機(jī)器人的仿真,所以我們對其軟體仿真部分進(jìn)行擴(kuò)充和改進(jìn),基于Bullet構(gòu)建了一個可以仿真蜂巢氣動手指的物理仿真平臺。在理論模型中,根據(jù)氣動手指隨氣壓變化而產(chǎn)生的形變特征我們對氣囊建立了氣壓-形變模型。首先分析了單個氣動單元是如何隨氣壓變化而產(chǎn)生形變,在此基礎(chǔ)上又分析由多個氣動單元構(gòu)成的氣動手指如何發(fā)生形變產(chǎn)生彎曲效果。在物理仿真模型中,我們以質(zhì)點-連接的形式表示蜂巢氣動手指,將其宏觀形變映射到微觀
4、下質(zhì)點間約束的變化,建立了氣壓-形變-質(zhì)點間約束的映射關(guān)系,使得仿真平臺可以支持氣動手指在三維環(huán)境下進(jìn)行動態(tài)形變仿真,文章同時還實現(xiàn)了軟體手指與剛體物體的動態(tài)碰撞檢測方法。
在本論文工作的基礎(chǔ)上,無需考慮材料的選擇和加工問題,即可完成虛擬氣動手指的氣壓-形變分析。我們利用這個不含任何剛體關(guān)節(jié)和電機(jī)的氣動手指構(gòu)建了一個虛擬手爪,并對其進(jìn)行三維環(huán)境下的物理仿真。通過控制氣動手指內(nèi)氣動單元的氣壓變化,手指可以實現(xiàn)彎曲的效果,并且可用
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