柔性机器人水下运动的建模与仿真(1)
2014-08-06 01:13
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摘 要 本文以柔性机器人水下环境中的柔顺运动为研究对象，建立了柔性机器人水下运动的动力学模型。并运用VC 6.0和Matlab7.0进行仿真，结果显示了柔性机器人在水下环境中良好的运动学特性。关键词 柔性机器人；水下机器人；仿真
柔性机器人与刚性机器人相比，柔性机器人具有可实现高速操作的能力、较高的负载自重比、较低的能耗和较低的生产成本以及具有更大的工作空间等优点。但是由于柔性机器人具有弹性变形，因此柔性机器人是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有高度非线性、强耦合以及时变等的特点。前期柔性机器人研究更多的是考虑如何消除或者主动控制由于高速轻质结构而产生的振动，而如何主动利用柔性机器人的结构柔性是最新研究的方向。本文以在水下环境利用结构柔性实现柔顺运动为研究对象，对柔性机器人水下运动进行了动力学分析和建模。并用VC 6.0编制了相应的仿真建模软件，仿真结果在Matlab下进行了可视化输出。柔性机器人在水下运动的研究，对于开发海底探测机器人、军用水下机器人和医疗用机器人等具有通用的借鉴意义。1 仿真假设条件柔性机器人在水下运动过程中，经常会发生运动状态的非连续变化。比如，运动过程中碰撞到海床，系统运动状态会发生突变，物理过程非常复杂，这无疑增加了系统动力学响应的复杂性，并对系统的控制提出了更高的要求。为简化问题，在研究中采用以下几条假设：1）假设所有的作用力都限制在一个平面内；2）假设柔性机器人运动过程中不会碰到海床和其他物体。2 动力学模型本文把柔性机器人本体划分为20个分段，每个分段的质量集中分布在顶点上，顶点面积为0，除第1对顶点和第20对顶点外，其余顶点均为两相邻分段共有，顶点之间采用的是弹性连接（见图1）。柔性机器人模型总长度为240mm，尾端宽度15mm，首端宽度1mm。假设垂直于纸面方向的第三个维度 
