空地双模式仿蠕虫移动机器人的设计与动力学建模

摘要

针对仿蠕虫移动机器人在开阔地带快速移动能力不足的局限性，提出一种空地双模式仿蠕虫移动机器人，通过融合空中飞行与地面蠕动模式，提升其在环境中的适应性与移动效率．采用弹簧钢片与伺服电机拉伸鱼线模拟环向肌肉与纵向肌肉的拮抗作用；空中飞行模式采用横列式双倾转涵道布局，通过舵机直驱控制涵道倾角，结合PID控制实现推力矢量调节．分别建立地面模式的质量-刚度-阻尼模型与飞行模式的Newton-Euler动力学模型，提出模块化控制系统架构，集成仿生驱动、姿态解算与多模式协同控制功能．实验表明，机器人单个单元收缩/伸展变形量达13.9%，使机器人能在直径11cm的管道内爬行．模式切换时，采用V型构型使涵道轴距垂直高度增加218.4%，提升飞行稳定性．涵道系统最大升力为40.57N，总质量控制在2kg以内，达到机器人正常起飞要求．

关键词

仿蠕虫移动机器人 / 空地双模式机器人 / 双倾转涵道无人机 / 动力学模型