仿蠕虫移动机器人的结构-驱动融合优化

【作者】 刁斌斌； 张晓旭； 徐鉴；

【机构】 同济大学航空航天与力学学院； 复旦大学工程与应用技术研究院；

【摘要】 近年来,新型结构和驱动材料为仿蠕虫移动机器人的设计和研究带来了诸多优势。针对一款Miura折纸结构的仿蠕虫移动机器人,本文提出了相应的结构-驱动融合的驱动优化方案。首先,受肌骨张拉结构的启发,为了进一步提高机器人的移动性能,采用了斜拉驱动布置方式来增强机器人的变形能力。理论分析结果表明,不同折纸厚度下,随着收缩胞的不同,可以实现不同的驱动变形放大目标。其次,综合考虑变形放大指标、折纸刚度以及驱动材料可提供的拉力,本文设计了一款0.125 mm厚度的3胞Miura折纸结构仿蠕虫移动机器人,4根形状记忆合金(SMA)弹簧对称斜拉布置为机器人提供驱动力。并通过实验验证了驱动变形放大设计的可行性。最后,在单节仿蠕虫移动机器人动力学控制方程的基础上,SMA弹簧的三个电流参数(周期、幅值和第一段占比)作为驱动控制优化参数,机器人的稳态平均速度为性能指标,基于NSGA-II遗传算法得到了单节Miura折纸结构仿蠕虫移动机器人的最优驱动电流形式,为机器人的实验设计和测试提供了理论基础。更多还原