張拉整體機器人建模及靜態坡面研究①

趙凱凱 常 健 李 斌 杜汶娟

(*中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室 沈陽 110016)(**中國科學院機器人與智能制造創新研究院 沈陽 110016)(***中國科學院自動化研究所 北京 100190)(****中國科學院大學 北京 100049)

0 引 言

近些年來，移動機器人多用在軍事任務、空間探測、災后救援等領域。移動機器人通常分為剛體機器人和軟體機器人。其中，剛體機器人以剛性結構為主，根據運動形式可大致分為輪式[1]、腿式[2]、履帶式[3]等，具有機構剛度大、控制精度高、負載能力強等優點，但是其機械結構復雜、自由度固定、環境適應性較差，多用于已知環境下。而軟體機器人由軟體材料構成，具有柔順性好、變形能力強、自由度高，可抓取不規則物體或者易碎物體，但存在制造困難、負載能力差、難以建模的問題[4]。因此，為了兼顧剛體機器人和軟體機器人的優點，將張拉整體結構的概念引入到移動機器人領域中，即在柔性材料中嵌入剛性材料，可實現張拉整體機器人具有較大的強度質量比以及一定的負載能力，同時還具有較強的可變形能力和減震能力。

張拉整體結構可追溯到20世紀20年代，其是由一系列連續的彈性拉索和不連續的剛性壓桿構成具有穩定體積的力網絡結構[5，6]。其中，彈性拉索僅承受拉力，而剛性壓桿僅承受壓力。該結構最早應用在藝術、建筑、土木等領域，例如穹頂[7]、橋梁等。隨后又被生物學家用來描述細胞骨架[8]以及動物肌肉骨骼[9]等。在工程方面，由于該結構具有展開性，可用于反射天線的結構設計[10]。……