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摘要
机器人领域涉及到力学、机械、材料、控制、电子和计算机等多个学科.其中,爬行机器人可在极端环境下工作,进而可有效降低人工作业的危险性并提高工作效率.因此,爬行机器人一直是机器人领域的重点研究对象.压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的新型功能陶瓷材料.逆压电效应是指当在电介质的极化方向施加电场,这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力,当外加电场撤去时,这些变形或应力也随之消失.本文基于压电陶瓷的逆压电效应设计了一种由3条弯曲变截面梁支撑的一体化三足爬行机器人.利用理论力学方法对该三足爬行机器人建立整体受力分析方程,再用哈密顿原理对变截面、变角度梁建立动力学方程,最终得到了可求解该三足爬行机器人的压电驱动腿固有频率的方程.设计并制作了三足爬行机器人实物,通过实验测试了不同弯折角度、不同驱动频率、不同负载、不同电压波形对运动方向及运动速度的影响.最后利用不对称的驱动电压使三足爬行机器人实现了左转、右转以及不加导轨的近似直线运动,实现了设计的3个方向的运动,最后分析了该机器人的能耗问题.该研究可为微型爬行机器人设计和实验提供参考依据.
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