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气动水陆两栖软体仿生机器人设计与实现

传统刚体机器人难以适应动态、未知及非结构化复杂环境下的作业需求,而软体机器人采用与生物材料弹性模量相近的材料制造而成,通过柔顺变形,可以在非结构化复杂环境下更好地实现对不同对象的作业需求,具有广阔的应用前景。
本书对加利福尼亚海狮前鳍状肢、尺蠖以及水下生物尾部进行了深入的调查研究,充分利用硅橡胶材料的大变形、超弹性,完成了气动水陆两栖软体仿生机器人的构型设计、力学模型建立、推进机理研究以及控制策略研究,并在此基础上制备了样机模型,进行了实验研究。结果表明,样机可以实现一定的机动性、灵活性及环境适应性,为软体机器人的构型设计、力学建模、推进、控制策略、样机系统搭建及测试提供了理论依据和技术支撑。
本书可作为机械类专业高年级本科生及研究生教材或参考书,也可供其他相关专业师生、研究人员及工程技术人员自学参考。

封面
书名页
版权
前言
第1章 概述
 1.1 软体机器人发展历程及意义
 1.2 软体机器人研究概况
  1.2.1 软体机器人国外研究概况
  1.2.2 软体机器人国内研究概况
 1.3 软体机器人关键技术
  1.3.1 组成材料
  1.3.2 仿生机理
  1.3.3 驱动方式
  1.3.4 力学建模
  1.3.5 控制策略
  1.3.6 制造技术
 1.4 软体机器人研究存在的不足及关键问题
 1.5 气动水陆两栖软体仿生机器人的研究意义
 1.6 本书主要内容
第2章 气动水陆两栖软体仿生机器人构型设计
 2.1 生物原型推进机理研究
  2.1.1 海狮前鳍状肢
  2.1.2 尺蠖
  2.1.3 左右摆动式尾部
  2.1.4 背腹式运动尾部
 2.2 本体结构设计与分析
  2.2.1 机器人鳍状肢构型
  2.2.2 机器人尾部及头颈部构型
  2.2.3 机器人躯干构型
  2.2.4 机器人整机构型
 2.3 机器人本体构型运动仿真研究
  2.3.1 非线性有限元分析基本理论
  2.3.2 非线性有限元求解技术
  2.3.3 软体仿生机器人运动仿真
 2.4 本章小结
第3章 气动水陆两栖软体仿生机器人驱动器力学模型建立
 3.1 驱动器准静态非线性形变力学模型建立
  3.1.1 硅橡胶材料本构模型理论
  3.1.2 准静态力学模型建立及分析
 3.2 驱动器运动学模型建立
  3.2.1 运动学建模理论
  3.2.2 运动学模型建立及分析
 3.3 驱动器动力学模型建立
  3.3.1 动力学建模理论
  3.3.2 动力学模型建立及分析
 3.4 本章小结
第4章 气动水陆两栖软体仿生机器人鳍状肢水下推进机理研究
 4.1 鳍状肢柔性变形分析
  4.1.1 弦向柔性变形
  4.1.2 展向柔性变形
  4.1.3 柔性变形耦合
 4.2 鳍状肢水动力理论分析
  4.2.1 流体动力学理论及演化
  4.2.2 水动力理论模型建立
 4.3 基于非线性双向流固耦合的鳍状肢CFD分析
  4.3.1 动态网格理论及算法模型
  4.3.2 边界条件
  4.3.3 非线性流固耦合分析基本步骤及方法
  4.3.4 鳍状肢后处理分析
 4.4 本章小结
第5章 气动水陆两栖软体仿生机器人爬行推进机理研究
 5.1 软体仿生机器人爬行推进理论分析
  5.1.1 机器人爬行推进机理
  5.1.2 机器人爬行推进驱动方法
 5.2 机器人驱动器爬行推进实验评测
  5.2.1 机器人驱动器爬行推进频率
  5.2.2 机器人驱动器爬行推进弯曲角度
 5.3 本章小结
第6章 基于改进CPG的软体仿生机器人控制策略研究
 6.1 CPG数学模型及CPG控制方法
  6.1.1 CPG数学模型及其特点
  6.1.2 CPG控制方法
 6.2 改进CPG运动控制模型及仿真研究
  6.2.1 CPG振荡单元模型及其动态特性分析
  6.2.2 CPG运动控制模型建立
  6.2.3 CPG运动控制仿真研究
 6.3 CPG-ANFIS-PID运动控制策略构建及仿真研究
  6.3.1 ANFIS结构及学习算法
  6.3.2 CPG-ANFIS-PID运动控制策略构建
  6.3.3 CPG-ANFIS-PID运动控制仿真研究
 6.4 本章小结
第7章 气动水陆两栖软体仿生机器人制作与实验研究
 7.1 系统搭建
  7.1.1 本体结构搭建
  7.1.2 控制系统搭建
 7.2 实验研究
  7.2.1 驱动器运动和动力性能实验
  7.2.2 鳍状肢推进性能实验
  7.2.3 机器人水下运动性能实验
  7.2.4 机器人陆地爬动性能实验
 7.3 本章小结
参考文献
封底

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