[发明专利]一种软体攀爬机器人建模方法

摘要

本发明公开了一种软体攀爬机器人建模方法，所述软体攀爬机器人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)，通过使用弹性力学中最小势能方法，分析密闭空腔变形层上各点变形与密闭空腔内部气体压强之间关系，得出不同密闭空腔数量下，变形层与索面形成接触理论需要的变形，因此能够很容易的得到最优符合目标性能的软体攀爬机器人。

主权项

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)，其特征在于：变形后的变形层呈现的曲线方向和大小由空腔内压强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为空腔内压强，V为初始空腔体积，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，初始空腔体积：其中，为模块内空腔对应角度，R₁为驱动器初始半径，R₂为中心圆形空腔半径，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为变形对应空腔体积，M为弯矩，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：其中，A点坐标O点到C点的距离为变量a，所以C点坐标(0,a)，a随着气体压强的p增大，O点到C点的距离a增大；将变形层简化看成一条曲线，为弧AB，弧AB近似为：其中，f(x)表示弧AB，驱动器初始半径为R₁，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：