蜂巢气动手指物理仿真研究计算机应用技术专业论文.docxVIP

中国科学技术大学硕士学位论文 中国科学技术大学 硕士学位论文 A 蜂巢气动手指物理仿真研究 作者姓名： 程彬 学科专业： 计算机应用技术 导师姓名： 陈小平教授 完成时间： 二。一五年四月二十日 懈9彳 万方数据 University University of Science and Technology of China A d issertation for master’S deg ree Evolvi ng H oneycom b Pneumatic Finger in Physics Engine Author’S Name： Bin Cheng Speciality： Computer Application Technology Supervisor：Prof．Xiaoping Chen Finished time： April 20m，20 1 5 万方数据 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作 了明确的说明。 作者签名：粥 签字曰期：z型至上出 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中 国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 d丢开 口必威体育官网网址(——年) 作者始丑壁L 导师签名：亟鱼：竺兰歪 签字日期：‘渔遥：S：丛 签字日期：垫1 5 1生：兰笪 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 机器人技术在过去的几十年取得了巨大进展，己经广泛应用于工业，医疗， 教育以及家庭服务等方面。然而，在某些特殊条件下，用硬质材料制成关节并 依靠电机驱动的刚体机器人的应用仍受到一些限制。如在室外凹凸不平的地面 移动，穿越弯曲狭小的管道，抓取光滑的球体等，其无法良好的适应复杂的环 境。由于具有顺从性并且能和周围环境柔和的交互，软机器人已经成为新的研 究热点。然而目前大多数软机器人都是依靠研究人员的直觉和经验进行设计加 工，缺乏系统性的理论分析，如受力分析，形变分析等，需要进行大量实验不 断对假设进行验证，研发成本较高。在缺乏合适材料的情况下，无法对软机器 人进行加工制作，相关的控制算法也无法得到验证。对于软机器人的研究人员 来说，一个功能完善的仿真平台是非常必要的。 本论文构建了一个蜂巢软体气动手指模型，它是由内嵌的蜂巢气动网络单 元构成，克服了矩形气动单元易破裂，对材料韧性要求高的缺点。为了分析气 动单元内气压变化对手指形变产生的影响，文中建立了相应的理论模型和物理 仿真模型。由于Bullet物理引擎自身不能有效的支持气动机器人的仿真，所以 我们对其软体仿真部分进行扩充和改进，基于Bullet构建了一个可以仿真蜂巢 气动手指的物理仿真平台。在理论模型中，根据气动手指随气压变化而产生的 形变特征我们对气囊建立了气压一形变模型。首先分析了单个气动单元是如何随 气压变化而产生形变，在此基础上又分析由多个气动单元构成的气动手指如何 发生形变产生弯曲效果。在物理仿真模型中，我们以质点一连接的形式表示蜂巢 气动手指，将其宏观形变映射到微观下质点间约束的变化，建立了气压一形变一 质点间约束的映射关系，使得仿真平台可以支持气动手指在三维环境下进行动 态形变仿真，文章同时还实现了软体手指与刚体物体的动态碰撞检测方法。 在本论文工作的基础上，无需考虑材料的选择和加工问题，即可完成虚拟 气动手指的气压一形变分析。我们利用这个不含任何刚体关节和电机的气动手指 构建了一个虚拟手爪，并对其进行三维环境下的物理仿真。通过控制气动手指 内气动单元的气压变化，手指可以实现弯曲的效果，并且可用该虚拟手爪顺从 地抓取球形物体，能完成传统硬关节机械手较难完成的任务。如果将此工作应 用到传统机器人仿真平台中，可以使其仿真带有软体气动部件的机器人，为软 机器人的研究工作提供有效的分析工具。文章的最后给出蜂巢气动手指的理论 模型和物理仿真条件下的误差分析，并展望基于仿真平台下软机器人研究前景。 关键词：软机器人蜂巢结构气动手指物理引擎 万方数据 AbstractABSTRACT Abstract ABSTRACT The