移动Schatz机构的理论与实验研究

发布时间：2017-10-30 00:35

  本文关键词：移动Schatz机构的理论与实验研究

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【摘要】：随着机器人技术不断发展,其应用领域不断拓展,对其的研究不断深入,设计新概念移动机器人成为机器人学的新的发展方向。传统的机器人移动装置主要有基于轮式结构的移动装置、基于履带式机构的移动装置和基于腿式机构的移动装置等,其先天的结构特性决定了其在复杂的地面环境中的适应能力有限。除了传统的移动装置,现在还有很多新型移动机器,其移动装置组成结构设计新颖,如球形机器人、蛇形机器人和自重构机器人等。 本文研究的是移动Schatz机构。该机构为经典的6R机构,由于杆长和转动副轴线的空间位置满足特殊条件,其杆件可进行翻滚运动。从其运动特点出发,综合杆件的外形设计,简化移动机构的组成结构和控制系统,设计出新型移动机构。 首先,基于Schatz机构,提出爬行Schatz机构方案。根据Schatz机构的结构特性,考虑地面移动的功能需求,提出爬行Schatz机构的设计方案,该移动机构在单一动力机的驱动下可以在地面爬行并自由改变移动方向。设计制作两代样机,通过样机实验总结分析出其移动规律,制定了转向控制策略与方法。 其次,提出步行Schatz机构方案。该机构可同样在单一动力机的驱动下可以在地面进行爬行并控制移动方向,其移动轨迹可进行定制和设计,具有完成点对点移动的能力。 继而,提出将两个Schatz机构组合成移动机构的设计方案,该类机构均可以在两个电机的驱动下在地面进行自由移动。分别设计制作了两台样机,进行了物理样机实验。 最后,讨论了各行各业应用机器人代替人工的必要性,分析了基于闭链连杆机构的机器人的潜在应用方式和领域。 本文的研究为开发新型移动机构提供了理论基础和应用方案实例。
【关键词】：空间连杆机构 爬行机构 步行机构 Schatz机构
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242;TH112
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1. 绪论11-21
• 1.1. 引言11-12
• 1.2. 空间闭链连杆机构研究现状12-13
• 1.3. 基于空间闭链连杆机构的移动机器人的研究现状13-19
• 1.4. 本文研究意义及主要研究内容19-20
• 1.4.1. 本文主要研究工作19
• 1.4.2. 章节内容安排19-20
• 1.5. 本章小结20-21
• 2. 爬行Schatz机构21-41
• 2.1. 构型方案与移动机理21-25
• 2.1.1. 构型方案21-23
• 2.1.2. 移动机理23-25
• 2.2. 虚拟样机实验研究25-31
• 2.2.1. 理想场地仿真实验25-26
• 2.2.2. 真实场地仿真实验26-28
• 2.2.3. 真实场地控制策略28-30
• 2.2.4. 爬行Schatz机构移动仿真实例30-31
• 2.3. 控制系统31-33
• 2.3.1. 硬件系统31-32
• 2.3.2. 软件系统32
• 2.3.3. 控制系统搭建32-33
• 2.4. 物理样机实验研究33-39
• 2.4.1. 理想场地实验33-35
• 2.4.2. 真实场地实验35-37
• 2.4.3. 爬行Schatz机构移动实例37-39
• 2.5. 本章小结39-41
• 3. 步行Schatz机构41-55
• 3.1. 构型方案与移动机理41-43
• 3.1.1. 构型方案41
• 3.1.2. 移动机理41-43
• 3.2. 仿真分析43-46
• 3.2.1. 直线行进步态44
• 3.2.2. 转向步态44-46
• 3.3. 控制策略46-48
• 3.4. 控制实例48-49
• 3.5. 物理样机实验研究49-52
• 3.5.1. 步行Schatz机构物理样机49-50
• 3.5.2. 样机实验50-52
• 3.6. 移动路径变参数设计52-54
• 3.6.1. 变参数设计分析52-53
• 3.6.2. 变参数设计方案53
• 3.6.3. 变参数设计后的方案总结53-54
• 3.7. 本章总结54-55
• 4. 组合Schatz机构55-69
• 4.1. 非共线同速镜面对称组合55-63
• 4.1.1. 移动机理56
• 4.1.2. 虚拟样机实验研究56-58
• 4.1.3. 控制方法与策略58-60
• 4.1.4. 仿真移动实例60-62
• 4.1.5. 实物样机62-63
• 4.2. 共线同速镜面对称组合方案63-68
• 4.2.1. 移动机理63-64
• 4.2.2. 虚拟样机实验研究64-65
• 4.2.3. 控制方法与策略65-67
• 4.2.4. 仿真控制实例67-68
• 4.3. 本章总结68-69
• 5. 结论69-73
• 5.1. 全文总结69
• 5.2. 移动机构应用69-72
• 5.2.1. 应用分析69-71
• 5.2.2. 应用方案论证71-72
• 5.3. 研究展望72-73
• 参考文献73-79
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果79-83
• 学位论文数据集83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 苗志怀;姚燕安;田耀斌;;4U平行四边形机构的一类新用途——整体设计为两足步行机构[J];机器人;2011年04期

2 郝艳玲;刘长焕;谢基龙;姚燕安;;一种空间正交四边形滚动机器人[J];上海交通大学学报;2012年06期

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本文编号：1115366