基于SPH/FEM方法的機器人腳在土壤中的沉陷特性研究

夏 婷，何 鋼，李曉龍，胡 鵬，陳 新

(河海大學 機電工程學院，江蘇 常州 213022)

基于SPH/FEM方法的機器人腳在土壤中的沉陷特性研究

夏 婷，何 鋼，李曉龍，胡 鵬，陳 新

(河海大學 機電工程學院，江蘇 常州 213022)

基于SPH/FEM方法，將數值模擬方法與貝克經驗公式進行了比較；建立了機器人腳與土壤的相互作用模型，進行了機器人腳在土壤中的沉陷研究。結果表明，當機器人腳底部圓弧曲率半徑R為16cm時，機器人腳的幾何形狀更為理想。

SPH/FEM方法；機器人腳；沉陷；數值模擬；軟土

隨著機器人技術的飛速發展，機器人已經廣泛應用于軍事、海底和野外空間探測以及事故救災等人類不能作業的領域[1]，而我國的地理環境復雜，野外工作的機器人將面臨著軟土等復雜的作業環境，這就很容易發生沉陷量大的問題，不僅影響支撐腿的支撐能力，而且對腿式機器人的平穩性等性能具有重要影響。

目前，不少學者對土壤的沉陷問題進行了研究，方俊等[2]針對用車輪滑轉會導致土壤沉陷問題，建立了顆粒-車輛地面離散體動力學模型，對彈性車輪在沙土上因滑轉引起的沙土沉陷問題進行了計算。日本學者Shunsuke Komizunai等[3]進行了腿式機器人在松散土壤上的沉陷研究，他們提出了反映腳的沉陷、滑移以及腳與軟土間的作用力的接觸模型，對雙腿機器人動態沉陷和滑移進行了實驗模擬和數值驗證。Yu等[4]基于土壤的壓力-沉陷和剪切模型，建立了輪腿式月球車中腿-月壤相互作用的力學模型，并給出沉陷、腳的結構參數、力學性能和滑移率之間的關系曲線?！?br>