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题名仿变形虫可重构履带机器人设计与避障性能分析
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作者
张明路
刘宗厚
王经天
高强
许志凡
曹刘猛
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机构
河北工业大学机械工程学院
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出处
《工程设计学报》
北大核心
2025年第1期62-71,共10页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2022YFB4701101)
国家自然科学基金资助项目(U1913211,52275016)
+2 种基金
中央引导地方科技发展资金项目(226Z1801G,226Z1811G)
河北省自然科学基金资助项目(F2021202016)
河北工业大学学科交叉方向研究生培养资助项目(HEBUT-Y-XKJC-2021108)。
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文摘
针对现有移动机器人在复杂狭窄环境下通过性和灵活性不足的问题,受变形虫重组变形机理的启发,提出了一种模块化可重构履带机器人。模拟变形虫胞质颗粒的刚柔转换特性,融合俯仰关节与偏航关节,设计了基于闩锁结构的可锁定履带模块。将多个履带模块串联组成闭环单链以构成机器人的外部结构,在内部柔性机体的驱动下,履带链能够实现连续滚动。通过机体头部逐个调整前端履带模块的偏航关节角并锁定,同时机体尾部对后端履带模块依次解锁,机器人可在前进过程中主动改变自身几何形态。随后,基于关节角描述的相邻履带模块之间的位置关系,获得机器人的形态矩阵,并通过对关节角序列的迭代分析建立了机器人的运动学模型。最后,通过仿真分析了机器人的形态变化范围,以准确评估其运动灵活性,并通过制作机器人样机和开展一系列测试实验来验证其运动性能。实验结果表明,机器人的最小转弯半径为17.7cm,可通过连续改变偏航方向来实现在狭小约束空间中的灵活避障;配合俯仰关节的被动适应,机器人可穿越各类崎岖地形,由此验证了机器人的灵活性和通过性。研究结果可为移动机器人的仿生结构设计提供新思路。
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关键词
仿变形虫机器人
可重构履带
运动学建模
形态分析
灵活避障
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Keywords
amoeba-like robot
reconfigurable track
kinematics modeling
morphological analysis
flexible obstacle-avoidance
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分类号
TH131
[机械工程—机械制造及自动化]
TP242.6
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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