[發(fā)明專利]一種基于常曲率假設(shè)的彈性軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910343693.7
• 申請(qǐng)日: 2019-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110181506B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐靜;包佳立;陳懇;吳丹;張繼文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于常曲率假設(shè)的彈性軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)獲取植入彈性軟體機(jī)器人柔性材料中的人工肌肉的材料參數(shù)，建立該人工肌肉對(duì)應(yīng)的力、位移、控制量方程，表達(dá)式如下：

其中，F(xiàn)_actuator為柔性材料人工肌肉在不同的工作溫度下、不同實(shí)際長(zhǎng)度下兩端的輸出力，L₀為柔性材料人工肌肉的空載、室溫狀態(tài)下的原長(zhǎng)，α為該柔性材料人工肌肉的等效熱膨脹系數(shù)，T為彈性軟體機(jī)器人的工作溫度，L_a為柔性材料人工肌肉在工作溫度T下的實(shí)際長(zhǎng)度，k為柔性材料人工肌肉的等效剛度；

(2)計(jì)算彈性軟體機(jī)器人在工作溫度下的實(shí)際長(zhǎng)度L，并利用柔性材料的力學(xué)參數(shù)計(jì)算等效楊氏模量E、等效截面積A、機(jī)器人彎曲的中性面距離底面高度y₀；具體步驟如下：

(2-1)計(jì)算彈性軟體機(jī)器人在工作溫度T下的實(shí)際長(zhǎng)度；其中，在工作溫度T下，彈性軟體機(jī)器人的實(shí)際長(zhǎng)度L與人工肌肉的實(shí)際長(zhǎng)度L_a相等；

其中，n為植入柔性材料的人工肌肉的并聯(lián)數(shù)目；

(2-2)自底部為基準(zhǔn)面計(jì)算柔性材料的力學(xué)參數(shù)，包括：等效楊氏模量E、等效截面積A、機(jī)器人彎曲的中性面距離底面高度y₀；

其中，h_i為第i層的柔性材料的厚度，E_i為第i層的柔性材料的楊氏模量，N為柔性材料的層數(shù)總數(shù)；

其中b為彈性軟體機(jī)器人的寬度；

(3)計(jì)算彈性軟體機(jī)器人關(guān)于中性面的截面慣量矩I，得到彈性軟體機(jī)器人在工作溫度T下的曲率半徑r和角度θ；具體步驟如下：

(3-1)計(jì)算關(guān)于中性面的截面慣量矩I：

I＝βI′

其中β為待定常數(shù)；

(3-2)使用下式計(jì)算彈性軟體機(jī)器人的力學(xué)估算曲率半徑r⁽¹⁾；

其中，d為人工肌肉距離基準(zhǔn)面的距離；

(3-3)計(jì)算彈性軟體機(jī)器人的形狀估算曲率半徑r⁽²⁾；

(3-4)計(jì)算并且外推該值到L＝L₀處，該處的值即為待定常數(shù)β的值；

(3-5)將步驟(3-4)得到的β值帶入下式得到彈性軟體機(jī)器人的曲率半徑r以及角度θ；

(4)利用步驟(2-1)得到的實(shí)際長(zhǎng)度L，以及步驟(3-5)得到的曲率半徑r和角度θ，得到工作溫度T下彈性軟體機(jī)器人的真實(shí)形狀，彈性軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模完畢。