本文關(guān)鍵詞：新型自重構(gòu)并聯(lián)足式步行機器人系統(tǒng)開發(fā)與研究

  更多相關(guān)文章： 可重構(gòu) 多足步行機器人 穩(wěn)定性 步態(tài)規(guī)劃 控制仿真

【摘要】：針對在特殊場合樣本拾取這一任務(wù),本文將并聯(lián)行走機器人與重構(gòu)機構(gòu)相結(jié)合,提出一種自重構(gòu)并聯(lián)步行機器人。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析、重構(gòu)模式、穩(wěn)定性分析、步態(tài)規(guī)劃、運動仿真、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真等方面開展研究;為并聯(lián)機構(gòu)與重構(gòu)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用開辟新途徑,有很好的應(yīng)用前景。主要研究內(nèi)容如下:首先,提出以6-SRU并聯(lián)機構(gòu)作為重構(gòu)機器人的主體;基于螺旋理論,研究其重構(gòu)前后的自由度并對其進行整體性能分析,確定了機器人結(jié)構(gòu)的合理性;給出三種自重構(gòu)模式并在S副處設(shè)計自重構(gòu)結(jié)構(gòu);建立了操作臂的連桿坐標(biāo)系,得出操作臂末端點的工作空間,說明自重構(gòu)分支與整體無干涉。其次,基于ZMP法,對機器人進行動態(tài)穩(wěn)定性的分析與行走步態(tài)的研究,對水平直行、轉(zhuǎn)彎和爬坡三種步態(tài)進行規(guī)劃,為機器人的行走以及實際應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。再次,對主要功能模塊(自鎖模塊、重構(gòu)模塊和重構(gòu)結(jié)構(gòu))進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計;通過ADAMS建立步行機器人的虛擬模型,對機器人在運動時的運動學(xué)及動力學(xué)問題進行研究,對比理論結(jié)果,驗證了理論分析結(jié)果的正確性和機器人軌跡規(guī)劃的正確性。然后,針對機器人的運動需求,以分布式半閉環(huán)伺服運動控制為該機器人控制方案,給出機器人的運動控制流程;構(gòu)建了硬件控制系統(tǒng),利用MATLAB/Simulink搭建控制系統(tǒng)仿真模型;提出三種控制策略,通過控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果探討控制策略的優(yōu)劣,確定該機器人的控制策略;對其進行硬件之間的虛擬連線搭接,為實際控制系統(tǒng)的構(gòu)建打下基礎(chǔ)。最后,對該機器人在結(jié)構(gòu)改進、自重構(gòu)對中問題、控制系統(tǒng)實物搭建與編程方面做了展望。
【關(guān)鍵詞】：可重構(gòu) 多足步行機器人 穩(wěn)定性 步態(tài)規(guī)劃 控制仿真
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 多足步行機器人的發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外行走機器人的發(fā)展12-14
• 1.2.2 國內(nèi)行走機器人的發(fā)展14-15
• 1.3 并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)展15-16
• 1.4 自重構(gòu)機器人定義16
• 1.5 本文的研究意義及主要內(nèi)容16-18
• 1.5.1 研究意義16-17
• 1.5.2 研究內(nèi)容17-18
• 第2章 機器人性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 步行機器人整體描述18-19
• 2.3 機器人重構(gòu)模式19-25
• 2.3.1 整體自由度分析20-21
• 2.3.2 單分支重構(gòu)后自由度分析21-24
• 2.3.3 手爪的工作空間24-25
• 2.3.4 重構(gòu)分支與整體的干涉25
• 2.4 步行機器人位置分析25-28
• 2.4.1 位置反解分析26-27
• 2.4.2 MATLAB反解算例27-28
• 2.5 步行機器人各主要模塊設(shè)計28-31
• 2.5.1 普通U副模塊設(shè)計28
• 2.5.2 自鎖U副模塊設(shè)計28-29
• 2.5.3 重構(gòu)分支U副模塊設(shè)計29
• 2.5.4 自重構(gòu)模塊設(shè)計與選型29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 機器人動態(tài)穩(wěn)定性分析與步態(tài)規(guī)劃32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 機器人運動傳遞分析32-36
• 3.2.1 6-SRU并聯(lián)機構(gòu)一階影響系數(shù)33-34
• 3.2.2 6-SRU并聯(lián)機構(gòu)二階影響系數(shù)34-35
• 3.2.3 6-SRU機器人合力計算35-36
• 3.3 動態(tài)穩(wěn)定性判定條件36-37
• 3.4 6-SRU機器人的步態(tài)規(guī)劃37-44
• 3.4.1 水平直線行走步態(tài)38-40
• 3.4.2 轉(zhuǎn)彎步態(tài)40-41
• 3.4.3 爬坡步態(tài)41-43
• 3.4.4 非結(jié)構(gòu)化地面行走43
• 3.4.5 行走時各驅(qū)動角度曲線43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 6-SRU機器人運動參數(shù)分析與仿真46-66
• 4.1 引言46
• 4.2 6-SRU機構(gòu)仿真模型的建立46
• 4.3 6-SRU機構(gòu)添加約束46-47
• 4.4 6-SRU模型運動仿真47-60
• 4.4.1 6-SRU運動學(xué)分析47-58
• 4.4.2 6-SRU步行機器人動力學(xué)分析58-60
• 4.5 MATLAB與ADAMS聯(lián)合仿真60-65
• 4.5.1 聯(lián)合仿真流程60-61
• 4.5.2 聯(lián)合仿真建模流程61-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第5章 機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真66-90
• 5.1 引言66
• 5.2 機器人運動控制分析66-68
• 5.2.1 一般性需求66
• 5.2.2 自重構(gòu)需求66-67
• 5.2.3 機器人運動流程67
• 5.2.4 控制系統(tǒng)方案設(shè)計67-68
• 5.3 控制系統(tǒng)硬件組成68-71
• 5.3.1 運動控制卡68-69
• 5.3.2 交流伺服系統(tǒng)69-70
• 5.3.3 減速器選型70
• 5.3.4 主要附屬硬件型號70-71
• 5.4 交流伺服電機的數(shù)學(xué)模型71-73
• 5.5 電流調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)模型及仿真73-76
• 5.6 速度調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)模型及仿真76-80
• 5.7 位置調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)模型及仿真80-82
• 5.8 各策略位置環(huán)仿真對比82-85
• 5.8.1 PID控制器分析82
• 5.8.2 PID+速度前饋控制器分析82-83
• 5.8.3 控制卡位置環(huán)分析83-85
• 5.9 仿真結(jié)果對比分析85-87
• 5.10 硬件接口配線設(shè)計87-89
• 5.10.1 控制器、驅(qū)動器連接87-88
• 5.10.2 驅(qū)動器主回路接線88-89
• 5.11 本章小結(jié)89-90
• 結(jié)論90-92
• 參考文獻92-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)及主要成果97-98
• 致謝98

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