仿章鱼触手基本运动模式的软体机械臂及运动机理研究

项目名称： 仿章鱼触手基本运动模式的软体机械臂及运动机理研究

项目编号： No.51305426

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 机械、仪表工业

项目作者： 孙恒辉

作者单位： 中国科学院合肥物质科学研究院

项目金额： 24万元

中文摘要： 机器人工作环境和任务的日趋复杂化引发了人们对软体机器人的关注。理论上无限多自由度是软体机器人所具有的显著特征，在改善其运动学和动力学特性的同时，却使传统运动方式和控制方法难以满足其性能要求。章鱼采用"基本运动模式"的策略，大大降低了其无限多自由度触手运动中实际所需控制的自由度数。本课题拟重点针对章鱼触手形成"基本运动模式"和控制其运动基准平面的现象展开研究，研究在"基本运动模式"运动中章鱼触手各部分的肌肉群依次产生驱动作用的规律和机理，探讨运动中产生驱动作用的肌肉群在触手上位置的确定方法，研究各位置上通过肌肉群的协调运动产生指定触手构型的作用机理；研制模仿某一段章鱼触手支撑和可控变形功能的单元模块，探讨通过改变组成软体机械臂的单元模块的形状、摹拟运动中章鱼触手的各构型的方法，再现章鱼触手"基本运动模式"的运动方式。本课题的研究工作将为软体机器人未来的研究和发展提供理论和应用基础。

中文关键词： 基本运动模式；仿章鱼触手柔性机械臂；高斯混合模型；扭转致动机理；正逆运动学分析

英文摘要： The soft robots become more important because the work environment and tasks of robot become more complex. Theoretically an infinite number of degrees of freedom is the significant feature of a soft robot, which can improve the kinematics and dynamics performances. But at the same time, it makes the traditional mode of motion and control methods are difficult to meet their performance requirements. By the stereotype movement, octopus greatly reduce the infinite number of degrees of freedom of its arm to a several degrees of freedom needed to actually control the movement. This research application intends to focus on how the octopus arm form the stereotype movement and control its reference plane. With test analysis methods, the places that muscles move are determined. The relationships between movements of muscle groups and the deformation of arm are researched. A module that has the functions of support and deformation as to octopus arm is developed. The method that mimics the configuration curve of the octopus arm movements, and reproduce the stereotype movement of octopus arm, achieved by change the deformations of module that construct the soft manipulators developed. This research will provide a basis of the theory and application to the future research and development of software robots.

英文关键词： stereotyped motion patterns；octopus-inspired continuum robot；GMM；torsion actuating mechanisms；forward and inverse kinematics