基于万向机构的仿生蛇的运动控制研究

发布时间：2018-01-02 10:04

本文关键词：基于万向机构的仿生蛇的运动控制研究　出处：《北京理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：自1972年世界上第一台仿生蛇样机诞生以来,国内外对仿生蛇运动控制的研究日渐深入,以日本东京工业大学的hirose教授、中科院沈阳自动化研究所的马书根和上海交通大学的黄恒等人为代表,对仿生蛇的运动控制进行了大量研究,提出了多种控制方法并在样机中得到应用,赋予了仿生蛇更强的机动性和灵活性。本文在他们的研究基础上,对仿生蛇的运动控制,包括直线行驶控制、转弯运动控制和侧移运动控制进行研究。通过建模仿真和样机实验对几种典型的传统控制方法进行验证,并基于此提出两种新的转弯控制方法。同时本文提出了一种仿生蛇样机的控制系统方案,并基于此完成了S01仿生蛇样机的研制。主要研究内容如下:(1)对仿生蛇的机械结构、运动机理进行研究基于国内外众多研究机构和学者的研究成果上,对仿生蛇的机械结构和运动机理进行总结和研究。介绍十字型万向节关节连接结构,并在生物蛇运动机理的研究上,对仿生蛇的几种典型运动方式进行研究。(2)仿生蛇的运动控制研究基于hirose、马书根、黄恒等人的研究,对仿生蛇直线行驶控制、转弯运动控制和侧移控制进行了研究,通过MATLAB建模仿真实验总结出它们的优缺点和应用场景,为切线、组合控制法和S01仿生蛇控制策略的提出提供理论依据。(3)新的转弯控制法研究基于仿生蛇的运动控制研究,针对传统仿生蛇转弯控制法存在的诸如关节角度不连续、在转弯时不能充分保持蛇形曲线和转弯效率不高等问题,本文创新性的提出了切线控制法和组合控制法,很好的解决了上述问题,并通过MATLAB建模仿真实验对该控制方法进行验证。(4)仿生蛇控制系统设计与实现研究本文提出了实验室的第一代仿生蛇样机S01的控制系统方案,并协助实验室团队完成了样机研制、控制系统搭建,实现了基于PC机的中央控制主系统、仿生蛇关节控制子系统的S01仿生蛇样机控制系统,通过样机实验证明了此方案的可行性。通过仿真和样机实验证明:本文研究的直线行驶控制、转弯控制和侧移控制是可行的,其中切线控制法和组合控制法在仿生蛇转弯控制方面,转弯控制效果明显,适用范围广,相较于传统控制方法有明显优势;本文提出的仿生蛇控制系统方案在实际的运动控制中是可行的。
[Abstract]:This paper studies the motion control of bionic snake based on the research results of bionic snake ' s motion control , including linear travel control , turning motion control and side - shift control . ( 4 ) The design and realization of the bionic snake control system is studied in this paper . The control system scheme of the first generation bionic snake prototype in the laboratory is proposed . The control system is set up by the laboratory team , and the feasibility of the scheme is proved through the simulation and prototype experiment . The simulation and prototype experiment show that the linear travel control , turning control and side - shift control are obvious advantages .

【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB17;TJ5

【参考文献】