[发明专利]一种软体攀爬机器人建模方法

权利要求书

1.一种软体攀爬机器人建模方法，所述软体攀爬机器人包括驱动器、为机器人提供夹紧的夹紧机构，在夹紧机构的配合下布置在拉索上，所述驱动器包括由外向内依次设置的变形层(1)、支撑层(2)、约束层(3)以及中心容纳腔(4)，所述支撑层(2)上设置有两个以上的密闭空腔(21)，驱动器的密闭空腔数量为n个，将驱动器等分为n个模块，单个模块只包含一个密闭空腔，所述密闭空腔的断面为扇环形，其特征在于：

将变形层简化看成一条曲线，为弧AB，假设A、B两点在充气变形后位置不变，以圆形驱动器的圆心作为坐标原点O建立直角坐标系，坐标轴x平行于直线AB，坐标轴y平分所取的单个模块，C点为弧AB上的一点，A点坐标O点到C点的距离为变量a，C点坐标(0,a)，a随着密闭空腔内部气体压强的p增大，O点到C点的距离a增大；

变形后的变形层呈现的曲线方向和大小由密闭空腔内部气体压强P和材料抗弯刚度D决定；当不考虑变形层弯矩对整个系统的影响时，储存在密闭空腔和周围弹性体中的总势能构成的最小势能方程为：

其中，初始抗弯刚度E是变形层弹性模量，所取模块厚度为h，t₁为变形层厚度，单个模块的变形层长度为变量l₁，P为密闭空腔内部气体压强，V为初始密闭空腔体积，k_p为不考虑变形层弯矩时变形层上C点的曲率；

忽略变形层的厚度t₁对体积的影响，初始密闭空腔体积：

其中，为模块内密闭空腔对应角度，R₁为驱动器初始半径，R₂为中心容纳腔的半径，t₂为约束层厚度；

根据最小势能原理，一阶变分为零，那么得到：

其中，l₂为密闭空腔对应部分长度；

实际变形时，变形层变形的同时也改变了抗弯刚度D，抗弯刚度变化同时也会阻止变形层变形；当考虑变形层弯矩影响时的最小势能方程为：

其中，V_p为变形对应密闭空腔体积，M为变形层弯矩，k为变形层上C点最终曲率；

不考虑变形层弯矩影响时曲率为k_p，此时对应密闭空腔体积变为V_p：

根据最小势能原理，一阶变分为零，并且对变形层弯矩M＝0进行泰勒展开，变形层上C点的最终曲率k为：

其中，o[M²]表示变形层弯矩M＝0的泰勒展开；

抗弯刚度D在变形层弯矩的作用下变化为：

弧AB近似为：

其中，f(x)表示弧AB，θ为所取单个模块对应角度，所取单个模块对应角度为θ的部分，x为变形层上点在直角坐标系的横坐标，O点到C点的距离为变量a，随着密闭空腔内部气体压强P变化而变化；

变形层上各点的曲率：

变形层上各点曲率为：

当变形层要与索面形成接触，方程为：

在(-R₁,0)中有解，即变形层与索面接触。