基于范德華力的仿壁虎機器人在模擬空間環(huán)境下的黏附和運動仿真研究.pdf

1、研究成本低、運動范圍大、可自主移動的新型空間仿壁虎爬壁機器人，可以填補機械臂無法精細化、靈活操作的空缺，未來可以無障礙地爬行于宇宙飛船或空間站的艙體內(nèi)外，協(xié)助宇航員完成特定的檢修和勘探任務，在航天領域?qū)⒂兄匾难芯恳饬x和廣泛的應用前景。
　　本文首先從可能影響機器人黏附可靠性的足端姿態(tài)開始分析，通過總結(jié)腳掌姿態(tài)變化角度與位移軌跡的關系，系統(tǒng)的研究了機器人運動過程中腿部擺動對接觸姿態(tài)的影響，由此對踝關節(jié)被動自由度的設計提出了要求；然

2、后，研制了單腿測力平臺，將其分別置于大氣常溫、真空、高溫環(huán)境中，驗證腳掌干黏附材料是否適用于空間極端情況；最后，通過仿真分析總結(jié)了機器人在微重力環(huán)境下的運動規(guī)律，為實物調(diào)試提供指導。
　　主要工作如下：
　　通過分析單腿自由度分布情況總結(jié)了機器人在運動過程中腳掌的位姿變化，將姿態(tài)變化角度分解為接觸平面在原平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度和空間中的翻轉(zhuǎn)角度，分別分析了仿壁虎機器人單腿在法向黏附力測試、切向黏附力測試、脫附力測試過程中姿態(tài)變化角

3、與足端位移的對應關系，分析結(jié)果可作為步態(tài)規(guī)劃、被動自由度設計、腳掌精確控制的重要參考。
　　提出了影響干黏附材料性能的步態(tài)參數(shù)：預壓力及脫附軌跡角度，并對其進行優(yōu)化，使材料具有強黏附和易脫附的性能。通過實驗設備改變環(huán)境真空度和溫度，并設計單腿測力平臺，實時記錄不同軌跡下的足端黏脫附力，與大氣環(huán)境中的實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，總結(jié)得真空環(huán)境中材料黏脫附性能與大氣中幾乎無差異；高溫環(huán)境中隨著溫度的改變，在材料表面能和楊氏模量的綜合影響下，