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目前的软体机器人研究中,大多只实现某种仿生软体运动,而对变形运动的驱动机理缺乏关注。在控制方式方面,由于为软体机器人配置传感器的困难性,现有软体机器人大都采用简单的无反馈开环控制方式。这些都限制了软体机器人研究的进一步发展。本文以形状记忆合金弹簧驱动环形软体机器人为研究对象,针对形状记忆合金弹簧驱动器的变形机理、环形软体机器人的变形运动原理、环形软体机器人运动的动力学分析、环形软体机器人基于弯曲传感器信息的闭环运动控制等方面进行了一系列研究工作。论文的主要研究内容概述如下:(1)形状记忆合金变形原理建模与实验。首先基于ClausiusClapeyron方程和泰勒展开式,使用待定参数法建立了形状记忆合金弹簧变形的数学模型,该模型描述了形状记忆合金弹簧的变形量、负载和温度之间的非线性关系。然后根据热平衡方程,建立电加热情况下的形状记忆合金弹簧温度变化数学模型,该模型描述了通电加热时间与形状记忆合金弹簧温度的关系。结合以上两个模型,得到通电加热时间与形状记忆合金弹簧变量的关系,建立了形状记忆合金弹簧的电驱动模型,并进行了实验验证,为环形软体机器人的驱动控制提供支持和依据。(2)环形软体机器人研制与变形运动分析。研制了一款形状记忆合金弹簧驱动的环形软体机器人,基于微元假设和梁弯曲理论研究了机器人外环的变形原理。以形状记忆合金弹簧通电变形时的负载作为环形软体机器人的变形驱动力,从而建立形状记忆合金弹簧驱动下的环形软体机器人变形运动模型,作为机器人的运动方案设计和控制系统设计的基础。(3)环形软体机器人动力学建模与仿真。将环形软体机器人变形运动过程分为两部分:弹性圆环在形状记忆合金弹簧驱动下的变形和绕与地面接触点的转动,然后根据这两个过程的动力学特性,分别用拉格朗日方程和牛顿-欧拉法进行了动力学分析。弹性圆环的变形过程基于微元假设,涉及自由度的数量很多,采用拉格朗日方程法较为简便;在机器人本体绕与地面接触点转动过程的动力学分析中,将机器人视为一个整体,仅需要分析一个转动自由度,这种情况下宜采用牛顿-欧拉法。最后利用动力学仿真软件ADAMS对环形软体机器人在地面上的滚动过程进行了仿真。(4)机器人控制系统的硬件和软件设计。首先分析了环形软体机器人控制系统的要求,根据这些要求设计了控制系统的各个硬件模块,包括微处理器模块、电源模块、信号处理模块、驱动器加热开关电路模块、无线通信模块等。然后分别设计了软件部分的下位机控制程序和上位机交互界面。在自主研制的软硬件基础上,利用4个弯曲传感器建立了形状记忆合金弹簧驱动的环形软体机器人闭环控制系统,实现了软体机器人的自动化控制,并能作为实验平台进行复杂的控制算法实验。(5)机器人运动控制策略和实验。分别对开环控制和闭环控制两种控制策略进行了实验,并对实验结果进行了分析。