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机械动力学大作业

2016

年

5

月

连续机器人概述

天津大学机械工程学院机械工程专业

2015

级硕士生

摘要：

连续型机器人是一种柔顺、灵活性高的新型仿生机器人。与串并联机器人 等传统的离散型机器人由离散的关节和连杆

组成的结构不同，这种柔性的“无脊椎”机器 人由柔性支柱构成，而没有任何刚性关节和连杆，其弯曲性能优良，对障碍物

众多的非结 构环境和工作空间狭小的受限工作环境适应能力强。本文对连续型机器人的仿生原理与结构特点进行了分析，介< /p>

绍了连续型机器人的研究现状，并对其潜在应用领域和未来研究工作进行了探讨和展望。< /p>

关键词：

连续机器人仿生机器人气动肌 肉

0

前言

*

19 62

年，由美国

Unimation

公 司设计生产的第

一台工业机器人

Unimate

在通用汽车公司投入使用，

标志着第一代机器人的诞生。

现今，应用最为广泛的工业机器人大多由机械

臂与机械手两 部分组成。常用机械臂拥有

6

个自由

度 ，其设计灵感来源于人类手臂，可实现大范围的

轨迹规划、避障、定位等运动。而机械手 主要负责

与环境交互，实现目标抓持等任务。机器人的作业

水平 常常取决于末端执行器的精确度、灵活性以及

柔顺性。

连续型机器人是一种新型的仿生机器人

。

RO BINSON

等在

1999

年提出将连 续型机器人、

离散

型机器人以及蜿蜒型机器人作为机器人的

3

大类型。

连续型机器人以其优异的柔顺性 受到了国内外广大

学者的关注。连续机器人灵感来源于大象鼻子、章

鱼触手等动物器官。该类动物器官没有特定骨架或

软骨结构，但拥有惊人的操作能力 。相对于传统离

散型机器人，连续型机器人在缺乏刚性关节的基础

上，可模仿上述动物器官操作。由于连续型机器人

的外形可以灵活改变，因此具有根据 环境障碍物的

状况而改变自身形状的能力，对工作空间受限的环

境具有独特的适应能力。其应用前景广阔，可以应

用于多障碍物工业环境内的作业、弯曲 管道和塌陷

建筑物内的侦查和搜救、核电站内部管路的维护、

人 体消化道疾病的诊疗等场合。

图< /p>

1

连续型机器人原理样机机械结构

1

连续机器人的结构特点

1.1

基本原理介绍

连续型机器人是基于生 物仿生学原理研发，

其设

计灵感来源于象鼻、蛇、章鱼触手等生 物器官。

图

2

为章鱼触手的横断面组织结构示意图。

在章

鱼触手的轴心位置 为轴向神经索，

神经索外围主要有

3

种 肌肉：横肌、纵肌和斜肌，在这

3

种肌肉的外围

包覆有一层结缔组织。

横肌的肌肉纤维与触手的长度

方 向垂直，

并延伸至结缔组织层。

其运动是基于常体

积原理而实现的：

触手一组肌肉组织的收缩使触手某

一维度的长度变短，

与此同时，

其他肌肉组织伸展使