论文题目：基于仿蛙舌软体执行器的教育机器人设计与应用
摘要：软体机器人的出现为机器人领域带来了新的方向。随着科技的不断发展,软体机器人由于其结构简单、安全性高、灵活性好等特点受到社会各界的广泛关注,其种类越来越多,功能也越来越强大。教育机器人是一种集机械、计算机、电子等多种学科技术的产品,未来不仅在高等学校的机器人教学上有广阔前景,也可成为早教工具用于儿童的智力开发。本课题通过从仿生的角度设计软体执行器,并在此基础上开发出一系列软体教育机器人产品。本文首先对仿蛙舌软体执行器进行了研究。青蛙利用储存的弹性势能,向毫无防备的昆虫伸出有粘性的舌头,并在十分之一秒内抓住它们,利用这种捕食现象的启发,研发了一种仿蛙舌软体执行器,通过气动驱动的方式,使该执行器做快速地伸展和缩卷运动,可完成黏附抓取动作,能达到与真实的蛙舌捕食运动几乎一致的效果。其次,对执行器运动能量的变化进行简要分析,主要表现在执行器利用存储弹性势能来制造预应力。为了验证执行器的性能,搭建实验平台,通过对执行器主体结构薄膜材料的拉伸实验和对金属丝材料的分析,讨论了主体结构材料选取的可行性;然后对执行器进行疲劳测试,分析了执行器的使用寿命;通过对执行器控制系统的分析,得到实验器材的可行性。再其次,利用该执行器设计并制作了可抓取教育机器人、仿青蛙教育机器人和四足移动教育机器人。可抓取教育机器人可对轻薄、微小物体进行抓取,仿青蛙教育机器人分为仿青蛙跳跃教育机器人和仿青蛙游泳教育机器人,并对机器人的运动进行了分析。最后,设计了一个寓教于乐的教育方式,通过操作仿青蛙跳跃教育机器人和市场现有产品来完成指定的游戏,获得并对比操作者对两种教具的评价数据样本和游戏操作数据样本。本文希望通过从仿生的角度设计软体机器人并开发出更好教育机器人产品。
关键词：软体机器人;教育机器人;仿生设计;气动执行器
学科专业：工业设计工程（专业学位）
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 国内外软体机器人研究现状
1.2.2 软体机器人主要驱动方式研究
1.2.3 国内外教育机器人的发展现状
1.3 研究方法
1.4 研究内容与基本框架
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究框架
2 仿蛙舌软体执行器相关理论
2.1 软体机器人技术理论
2.2 蛙舌运动原理
2.3 仿蛙舌软体执行器的理论分析
2.4 本章小结
3 仿蛙舌软体执行器的设计与性能测试
3.1 软体执行器的结构设计
3.1.1 粘性机构结构设计
3.1.2 主体结构设计
3.2 软体执行器的制作
3.2.1 执行器材料的选择
3.2.2 软体执行器制作
3.3 执行器性能测试
3.3.1 执行器材料拉伸性能测试
3.3.2 不同金属丝材料的性能对比
3.3.3 执行器的可靠性测试
3.4 本章小结
4 实验平台设计
4.1 实验平台的搭建
4.2 实验台主要元器件
4.3 本章小结
5 教育机器人的设计及运动分析
5.1 可抓取教育机器人
5.2 仿青蛙教育机器人
5.2.1 仿青蛙跳跃教育机器人
5.2.2 仿青蛙游泳教育机器人
5.3 四足移动教育机器人
5.4 产品经济性分析
5.5 本章小结
6 仿青蛙跳跃教育机器人在教育中的应用
6.1 寓教于乐的教育方式设计
6.1.1 同类对比产品介绍
6.1.2 游戏场地设计
6.2 对比实验设计
6.2.1 实验内容
6.2.2 调研问卷设计
6.3 实验结果分析
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献