螺旋推進(jìn)仿生游動(dòng)機(jī)器人的研究.pdf

1、介入血管機(jī)器人的研制能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)的血管介入設(shè)備自動(dòng)化程度低，術(shù)者和患者暴露在輻射下時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，成為了學(xué)界又一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外介入血管機(jī)器人研究動(dòng)態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，注意到微觀生物界細(xì)菌的游動(dòng)機(jī)理——鞭毛螺旋推進(jìn)在低雷諾數(shù)，微觀液體環(huán)境下具有高效和高適應(yīng)的卓越性能，基于對(duì)鞭毛菌的模仿，提出了一種由新型剛性螺旋尾推進(jìn)的游動(dòng)機(jī)器人，進(jìn)而對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行理論分析，制作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。
　　本文提出的仿生游動(dòng)機(jī)器人設(shè)置

2、有四根螺旋尾，分別布局在機(jī)器人機(jī)身兩端，該設(shè)計(jì)可以使機(jī)器人得到前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)向等多個(gè)自由度。基于對(duì)機(jī)器人水下密封性以及運(yùn)動(dòng)時(shí)流體阻力的綜合考慮，對(duì)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了機(jī)器人的三維模型。采用了ANSYS有限元分析軟件對(duì)機(jī)器人關(guān)鍵零件進(jìn)行靜力學(xué)分析。通過理論建模分析，對(duì)螺旋尾結(jié)構(gòu)、機(jī)器人機(jī)身外形以及兩螺旋尾之間間距進(jìn)行優(yōu)化，以獲得良好的運(yùn)動(dòng)性能。
　　機(jī)器人在血管中的運(yùn)動(dòng)為三維空間運(yùn)動(dòng)，為了避免傳統(tǒng)歐拉角建模帶來(lái)的數(shù)學(xué)奇異

3、點(diǎn)問題，本文基于四元數(shù)理論建立機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型?；谂ｎD-歐拉方程建立了的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型。采用四階龍格——庫(kù)塔數(shù)值積分方法對(duì)機(jī)器人數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。
　　之后，在Recur Dyn軟件環(huán)境下構(gòu)建機(jī)器人虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，分析了機(jī)器人完成預(yù)定軌跡所需要的力與力矩，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了機(jī)器人的控制規(guī)律。以此為依據(jù)，建立Recur Dyn與Matlab/Simulink聯(lián)合的交互式機(jī)械控制仿真系統(tǒng)，通過仿真分析機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。<