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高端装备制造产业

需求背景

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。

需解决的主要技术难题

1.研究构建机构综合单元库方法。

利用螺旋理论，研究典型仿生机器人机构特点，运用方位特征法对机构进行拓扑结构分类和特征提取，构建机构综合单元库。

2.研究仿生机器人变胞机构构型方法。

结合仿生机器人功能模式，构造满足仿生多功能的变胞源机构，分析变胞运动副变化特征，构型综合仿生机器人变胞机构。

3.探究机构冗余驱动副布置方式和尺度优化方法。

建立机构运动学模型，推导机构一阶、二阶运动影响系数矩阵，研究仿生机器人变胞机构奇异位形特点，探究机构稳定性能与冗余驱动副布置形式和尺度优化之间的关系，研究仿生机器人性能优化策略。

4.仿真分析和验证评价。

搭建仿生机器人虚拟样机模型，研究仿真分析方法，开展虚拟样机性能实验，验证和评价理论成果。

期望实现的主要技术目标

1.布局冗余驱动副的策略和方法研究。

变胞机构是可变拓扑的一类机构，其杆件和运动副之间复杂的连接关系，具有多环路和多支链的特点，仿生机器人变胞机构由于存在多个稳定状态，且要求仿生机器人处于复杂环境下仍然能够稳定的完成任务要求，其策略和方法的是实现这一目标的关键。

2.仿生机器人变胞机构性能优化方法研究。

仿生机器人变胞机构能够进行构态变换，具有机构拓扑结构可变、有效杆件数目和活动度增减的特点，其复杂的拓扑结构关系使得仿生机器人性能的因素较多，如何在众多的影响因素中找出关键影响因子，采取何种尺度优化方法改善机构性能，就必须探明变胞机构构态变换内在机理。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-29

杨小阳

重庆大学

教授

综合评价

该技术需求清晰

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