柔性仿生机器人的设计与实现.doc

摘要：经过成千上万年的自然演变，优胜劣汰的进化，自然界中的生物体具备了各具特色的高效运动力，应对不同环境的适应力与相当程度的智力。对于生物能力在机器人性能中的体现，长期以来都是机器人领域中所探求的发展方向。然而，从仿生的角度出发，想要通过现代科学去完全体现复杂和高集成度的生物系统，依然难以实现。

在本论文中，主要对在自然界中具有高度环境适应能力的软体生物作为研究对象，发现自然界中的低等软体生物（例如蚯蚓、某些毛虫等）可以利用简单的蠕动方式运动获得很高的运动效率。而使用这种运动方式的生物生活于世界各地，从侧面印证了这种运动方式对于环境的良好适应能力。该运动形式获取运动力主要依赖于每一个蠕虫体节之间交错-的伴随一定节奏化的伸展—收缩运动，其生物运动的模型构造相对简洁，易于投入设计过程中模块化到整体化的实现的目的。所以，我们将蠕虫的蠕动运动作为此研究的主要仿生对象。

早些时期研究出的蠕动机器人，实际的结构更多应用的刚性材料，动力来自与具备双转向功能的马达，控制马达的运转产生波动并进行传播，类似生物体自身发出并传播的运动波，获得一定程度运动能力。然而刚性的驱动模块无法达到类生物的高度环境适应性与身体自由度。因此，本设计主要通过使用柔性材料去构建完整的蠕虫机器人系统。

本论文中，通过仿生学的思路，从生物体运动建立的模型中提取灵感，去实现蠕虫类生物的运动模式的模拟。采用51单片机制作控制电路，利用SMA弹簧与硅胶构建了一个软体的由两个模块组成的柔性蠕动机器人。

关键词：软体 仿生 机器人 单片机 SMA驱动

目录

摘要

Abstract

1.绪论-1

1.1仿生柔体机器人的研究背景与意义-1

1.2 柔体仿生机器人的研究现状-1

1.3存在的问题-9

1.4 课题的主要研究内容-9

2.仿蠕虫SMA柔性驱动机器人设计与制作-10

2.1仿蠕虫SMA柔性机器人运动状态研究-10

2.2仿蠕虫SMA柔性机器人机体结构研究-13

2.3 蠕虫机器人单元的制备与装配-14

2.4 整体机器人的拼接组装-20

3. 控制电路设计及成品实验演示-22

3.1基于51单片机的机体控制电路-22

3.2 SMA柔性蠕虫机器人的性能测试-24

4.总结与展望-31

4.1 总结-31

4.2 展望-31

参考文献-32

致 谢-33