模塊化仿蛇機器人多關節(jié)、超冗余自由度的特性使其能夠根據(jù)環(huán)境變化靈活改變相應運動形式,具有極強的地形適應能力。將此類機器人應用于災害搜救、軍事偵察、管道巡檢等領域,將極大提高機器人在以上復雜、受限、非結構環(huán)境中的工作效率。目前國內(nèi)外對仿蛇機器人的研究主要停留在對生物蛇身體結構以及少數(shù)幾種蛇類運動步態(tài)的模仿,機構設計的局限與運動控制方法研究的不完善使其環(huán)境適應能力與運動效率難以提高。因此,本文重點研究針對模塊化仿蛇機器人的建模與運動控制方法,以期改善仿蛇機器人的運動性能與智能化程度。本文的主要研究內(nèi)容包括:1、基于旋量理論的仿蛇機器人運動學與動力學建模。在對生物蛇運動機理分析的基礎上,研究模塊化仿生并聯(lián)關節(jié)機構設計。基于旋量理論分析仿生并聯(lián)關節(jié)運動性能,確定機構約束條件與自由度。運用輔助旋量與李代數(shù),研究并聯(lián)關節(jié)速度與加速度求解方法。運用等效機構法結合完整約束,研究蜿蜒步態(tài)下仿蛇機器人各關節(jié)運動狀態(tài)與整體位姿之間的關系,建立相應運動學模型。通過建立仿蛇機器人的力與力矩平衡方程,研究其關節(jié)驅動力矩與運動狀態(tài)之間的關系,建立對應動力學模型,為路徑跟蹤控制提供理論支撐;2、基于近似動態(tài)規(guī)劃的仿蛇... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１仿蛇機器人Ｍａｍｂａ

?北京化工大學博士學位論文???ＵＨＨｉ??（ａ）?（ｂ）??圖１－２仿蛇機器人ＡＣＭ－Ｒ４．１。（ａ）整體機構設計，（ｂ）單個模塊設計??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｓｎａｋｅ?ｒｏｂｏｔ?ＡＣＭ－Ｒ４．１．?（ａ）?Ｍａｉｎ?ｂｏｄｙ?ｄｅｓｉｇｎ，?（ｂ）?Ｓｉｎｇｌｅ?ｍｏｄｕｌｅ?ｄｅｓｉｇｎ??Ｌｕｏ等設計出一種具有雙向彎曲能力的流體彈性驅動器，并將其應用在仿蛇機??器人的驅動上，如圖１－３。該彈性驅動器操作穩(wěn)定性好，在較高壓力輸入時能保證驅??動器的安全性且響應靈敏，特別適用于仿蛇機器人蜿蜒運動步態(tài)。Ｍａｒｃｈｅｓｅ等［１８］提出??一種柔性連續(xù)體仿蛇機器人，如圖１－３所示。與剛性結構相比，這種柔性結構提升了??機構的自由度與柔順運動性能，在受限環(huán)境中能夠完成更加復雜多樣化的任務。同時，??由于其內(nèi)在結構使用的是柔性材料，使得該機器人能夠在作業(yè)過程中不對周圍環(huán)境或??自身造成損傷。??ＭＭＩ?ｉ??（ａ）??４??

?第１章緒論???（ｂ）??圖１－３氣動仿蛇機器人。（ａ）使用彈性驅動器的仿蛇機器人，（ｂ）柔性連續(xù)體仿蛇機器人??Ｆｉｇ．１－３?Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ?Ｓｎａｋｅ?ｒｏｂｏｔｓ，?（ａ）?Ｆｌｕｉｄｉｃ?Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ?Ａｃｔｕａｔｏｒｓ?ｆｏｒ?ｓｎａｋｅ?ｒｏｂｏｔｓ，?（ｂ）?Ｓｏｆｔ?ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ??ｓｎａｋｅ?ｒｏｂｏｔ??Ｌｉ等Ｍ基于協(xié)同進化框架，提出了一種具有自重構功能的仿蛇機器人Ｓａｍｂｏｔ。??如圖丨－４所示，該機器人由多個獨立的模塊化機器人組合而成，各個機器人能夠進行??單獨控制，通過調整多個模塊化機器人的組合方式，改變其整體構造以適應多種不同??地形。Ｉｔｏ等［２ｆｆｌ提出一種能夠在搜救任務中半自主工作的仿蛇機器人，如圖１－５所示。??通過將多個具有履帶結構的模塊相互連接，使得該機器人具有跨越樓梯、溝壑等障礙??物的能力。同時，其相對較窄的身體結構使得其能夠自如進出狹窄空間。??：ｆ｛＾＂＇＇?通??ｉｉｉ?Ｉ?Ｂ：??ｚＰｉＢＩ?Ｂｓ：??ｍｍ?ｊ??（ａ）?（ｂ）??圖１－４仿蛇機器人Ｓａｍｂｏｔ。（ａ）繩式形態(tài)，（ｂ）輪式形態(tài)??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｎａｋｅ?ｒｏｂｏｔ?Ｓａｍｂｏｔ．?（ａ）?Ｒｏｐｅ?ｆｏｒｍ，?（ｂ）?Ｗｈｅｅｌ?ｆｏｒｍ??５??

【參考文獻】：
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本文編號：3591193