基于变胞原理的仿生机器人机构构型与性能优化研究

变胞机构具有自我重构和重组特性，使基于此类机构构型的仿生机器人能够满足复杂多变环境下多功能任务需求，而仿生机器人变胞机构存在多个稳态和变胞态执行过程中不稳定和性能差的问题。自然界中生物普遍具有冗余活动特点，使其表现出高灵活性，受此启发，引入冗余驱动概念，研究仿生机器人变胞机构构型的理论和方法。针对变胞机构临近奇异位形处运行不稳定问题，提出布置冗余驱动副的方法；针对变胞机构构态变换时性能差的问题，通过改进策略进行尺度优化，从而提高仿生机器人稳定性和变胞能力。运用螺旋理论、方位特征法、影响系数法和构态变换理论，探究变胞机构约束特性、拓扑特征和变胞构态特点，阐明冗余驱动与期望运动规律，揭示机构稳定运动机理；引入优化策略，探明机构内在变胞机理，提高仿生机器人变胞能力；搭建虚拟样机模型，进行仿真分析和验证。本项目研究仿生机器人变胞机构构型与性能优化的理论和方法，具有十分重要的理论意义和工程应用前景。

仿生机器人是仿生学与机器人领域应用需求的结合产物，同时具有生物和机器人的特点，已经逐渐在反恐防爆、探索太空、抢险救灾、医疗康复等不适合由人来承担任务的复杂环境中凸显出良好的应用前景[1]。国内外学者针对仿生机器人的研究主要集中在陆面仿生机器人、空中仿生机器人以及水下仿生机器人三类[2]，此外，还有研究出水陆两栖机器人[3-4]、水空两栖机器人[5]等具有综合用途的仿生机器人。生态环境变化加剧和自然资源日益紧缺的情况下，作为机器人“骨架”的机构对变结构特性的需求不断提高[6]。传统机构一旦完成设计,其拓扑结构与活动度就不再变化，使其功能任务单一。变胞机构具有多稳态和构态变换特点,能够满足多任务、多工况与多功能的要求，实现“一机多用”，能够达到节约资源与降低能耗的目的[7]。

课题组成员一直从事机械仿生学、机构学与机器人研究和机器人专业相关教学科研工作，具备了一定研究基础。项目成员主研过《少自由度并联机构过约束特性与配置策略的研究》国家自然科学基金项目（项目编号：51105397），主要对少自由度并联机构进行研究，重点研究过约束特性与配置策略；通过对并联机构约束的作用机制研究，提出了一种力学特性分析方法，其方法能够广泛应用于过约束机构研究。

点击查看

评价单位：- (-) 评价时间：2022-11-07

杨晓阳

重庆大学

教授

综合评价

目前变胞移动机器人主要被用于执行事故灾难、自然灾难或者山体坍塌等一系列突发性事故的救援与勘察，设计出一款能够灵活穿梭于现场、可承重运载的移动机器人至关重要，所以对其的研究具有非常大价值，生态环境变化加剧和自然资源日益紧缺的情况下，作为机器人“骨架”的机构对变结构特性的需求不断提高[6]。传统机构一旦完成设计,其拓扑结构与活动度就不再变化，使其功能任务单一。变胞机构具有多稳态和构态变换特点,能够满足多任务、多工况与多功能的要求，实现“一机多用”，能够达到节约资源与降低能耗的目的，所以该技术研究具有很大的科研价值，该技术团队也提出了一种力学特性分析方法，其方法能够广泛应用于过约束机构研究，对科研工作起到了推波助澜的作用，应得到相关部门的大力支持与推广借鉴

评价单位：- (-) 评价时间：2022-10-27

王福全

重庆大学

导师

综合评价

目前变胞移动机器人主要被用于执行事故灾难、自然灾难或者山体坍塌等一系列突发性事故的救援与勘察，设计出一款能够灵活穿梭于现场、可承重运载的移动机器人至关重要，所以对其的研究具有非常大价值，生态环境变化加剧和自然资源日益紧缺的情况下，作为机器人“骨架”的机构对变结构特性的需求不断提高[6]。传统机构一旦完成设计,其拓扑结构与活动度就不再变化，使其功能任务单一。变胞机构具有多稳态和构态变换特点,能够满足多任务、多工况与多功能的要求，实现“一机多用”，能够达到节约资源与降低能耗的目的，所以该技术研究具有很大的科研价值，该技术团队也提出了一种力学特性分析方法，其方法能够广泛应用于过约束机构研究，对科研工作起到了推波助澜的作用，应得到相关部门的大力支持与推广借鉴

科创中国

友情链接

海外专利信息资源系统

省级中心站