繩驅(qū)蛇形機(jī)器人是一種連續(xù)型機(jī)器人,其作為一種典型的仿生機(jī)器人具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力,可以在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和狹小空間內(nèi)靈活運(yùn)動,采用繩索驅(qū)動可以將驅(qū)動裝置和控制器置于機(jī)器人本體之外,這種方式可以有效減小機(jī)器人工作段的體積重量,使得結(jié)構(gòu)緊湊,也可以保證機(jī)器人在復(fù)雜,惡劣環(huán)境下工作的可靠性。目前繩驅(qū)蛇形機(jī)器人被廣泛用于災(zāi)難救援、太空探測、狹小空間內(nèi)維修組裝等領(lǐng)域。本文首先設(shè)計了一款具有16個自由度的繩驅(qū)蛇形機(jī)器人,該機(jī)器人具有8個錐節(jié),采用24根繩索進(jìn)行驅(qū)動,驅(qū)動系統(tǒng)采用直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。確定結(jié)構(gòu)之后,通過PROE計算機(jī)器人各部件的質(zhì)量特性和位置信息,在MBdyn中進(jìn)行仿真參數(shù)設(shè)定和建模。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,利用傳統(tǒng)DH法對機(jī)器人建立桿件坐標(biāo)系,并對其進(jìn)行了正逆運(yùn)動學(xué)分析,包括驅(qū)動空間到關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動學(xué)分析以及關(guān)節(jié)空間到操作空間的運(yùn)動學(xué)分析,隨后基于蒙特卡洛法求解了機(jī)器人的工作空間。在運(yùn)動學(xué)分析基礎(chǔ)上,本文建立了機(jī)械臂系統(tǒng)描述方法,根據(jù)等效力旋量和虛功原理對系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析,建立了一種繩索力到關(guān)節(jié)力矩的雅可比矩陣求解算法。在此基礎(chǔ)上搭建了繩驅(qū)蛇形機(jī)器人的控制模型,控制率采用計算力矩法,采用二次規(guī)... 

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 繩驅(qū)連續(xù)型機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 繩驅(qū)連續(xù)型機(jī)器人運(yùn)動控制與路徑規(guī)劃國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 關(guān)鍵技術(shù)分析
    1.3 論文主要內(nèi)容
第2章 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模
    2.1 引言
    2.2 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.1 機(jī)械臂構(gòu)型設(shè)計
        2.2.2 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
    2.3 仿真參數(shù)設(shè)定及機(jī)器人建模
    2.4 本章小結(jié)
第3章 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析與工作空間求解
    3.1 引言
    3.2 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析
        3.2.1 機(jī)器人坐標(biāo)系定義
        3.2.2 錐節(jié)運(yùn)動學(xué)分析
        3.2.3 機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)分析
    3.3 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人工作空間求解
        3.3.1 基于傳統(tǒng)蒙特卡洛法的工作空間求解
        3.3.2 基于Beta分布的蒙特卡洛法工作空間求解
    3.4 本章小結(jié)
第4章 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人動力學(xué)與控制
    4.1 引言
    4.2 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人動力學(xué)分析
        4.2.1 機(jī)械臂系統(tǒng)描述
        4.2.2 虛功原理和等效力旋量
        4.2.3 雅可比矩陣求解原理
    4.3 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人控制模型
        4.3.1 控制率設(shè)計
        4.3.2 繩索力優(yōu)化
        4.3.3 控制模型
    4.4 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人典型運(yùn)動控制
        4.4.1 大范圍運(yùn)動控制
        4.4.2 末端畫圓運(yùn)動控制
    4.5 本章小結(jié)
第5章 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人軌跡跟隨控制與避障軌跡規(guī)劃
    5.1 引言
    5.2 連續(xù)路徑曲線下的軌跡跟隨算法
        5.2.1 路徑曲線生成
        5.2.2 位置及關(guān)節(jié)角度求解
        5.2.3 基于最小二乘法的數(shù)值求解
    5.3 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人軌跡跟隨運(yùn)動控制
        5.3.1 平面正弦軌跡跟隨
        5.3.2 空間螺旋軌跡跟隨
    5.4 基于人工勢場法的避障軌跡規(guī)劃
        5.4.1 基于包圍球的碰撞檢測
        5.4.2 機(jī)器人搜索空間
        5.4.3 改進(jìn)勢函數(shù)
        5.4.4 局部最小點(diǎn)
        5.4.5 人工勢場避障軌跡規(guī)劃算法流程
    5.5 繩驅(qū)蛇形機(jī)器人避障運(yùn)動控制
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及申請專利
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]線驅(qū)動連續(xù)型機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)與運(yùn)動規(guī)劃研究[D]. 趙智遠(yuǎn).中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2019
[3]冗余機(jī)械臂動態(tài)避障規(guī)劃[D]. 謝龍.浙江大學(xué) 2018
[4]冗余自由度機(jī)器人的路徑規(guī)劃研究[D]. 胡靜.東南大學(xué) 2017
[5]線驅(qū)動柔性充電機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計與控制研究[D]. 王浩淼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[6]繩驅(qū)連續(xù)型冗余自由度機(jī)器人控制研究[D]. 谷海宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[7]萬向節(jié)式連續(xù)型飛機(jī)油箱檢查機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與操控方法研究[D]. 王瑾琨.中國民航大學(xué) 2017
[8]繩驅(qū)動超冗余度機(jī)械臂設(shè)計與運(yùn)動規(guī)劃技術(shù)研究[D]. 王俊剛.上海交通大學(xué) 2017
[9]面向狹小空間作業(yè)的繩索驅(qū)動超冗余機(jī)械臂的研究[D]. 劉天亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3725539