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基于ICPF的八足水下步行仿生微机器人的研究与设计

基于ICPF的八足水下步行仿生微机器人的研究与设计

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作者：高宝丰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文主要研究的是一种全新的利用ICPF高分子材料作为驱动器的八足水下步行仿生微机器人。由于ICPF具有很好的柔韧性，较低的驱动电压，快速的响应，及可靠的机身，相对简单的结构，可以应用于水下作业等特点，这种采用ICPF材料作为驱动... 详细信息

本文主要研究的是一种全新的利用ICPF高分子材料作为驱动器的八足水下步行仿生微机器人。由于ICPF具有很好的柔韧性，较低的驱动电压，快速的响应，及可靠的机身，相对简单的结构，可以应用于水下作业等特点，这种采用ICPF材料作为驱动而替代传统的微电机驱动的机器人，具有无污染、无噪声、隐蔽性高、不易被发现等诸多优点，因此相信在军事上有着更好的应用前景。论文主要包括以下内容：首先，本文对国内外采用传统电机驱动的步行机器人和采用新型微小驱动器驱动的步行机器人的研究进展情况进行了综述。其次，通过对虾、螃蟹等水下爬行生物行走机构的模仿，设计了八足水下步行微机器人的本体和步行足的结构，并提出一种利用ICPF曲率半径描述方波控制信号作用下ICPF端点运动轨迹的理论和方法。另外，还对ICPF驱动的八足水下步行微机器人控制系统进行了设计，提出采用开环外接有线源控制信号的控制方式，并对实现16路控制信号的硬件和软件方面进行了设计。然后建立了ICPF材料特性测试的试验平台，测试了不同的驱动电压和频率的方波控制信号对ICPF材料的运动的影响，本文进一步提出由两片ICPF驱动器构成的单步行足的足尖点轨迹方程的建立和求解方法。提出并描绘了在这几组典型控制信号作用下单步行足足尖点的空间运动轨迹，又进一步分析了电压和相位差的变化对足尖点轨迹的影响。最后，从所设计的步行机器人实际情况出发，提出采用模仿CPG模式的周期性步态控制方式，分析了静态稳定步态实现的原则，并提出机器人平动步态和定点转动步态两方面的协调控制方案，通过实验验证了这两套方案的可行性，得到了机器人横向移动速度和旋转角速度。

关键词：水下步行仿生微机器人控制系统步态协调控制 ICPF

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