多面体4RSR变形移动机构的研究

发布时间：2017-04-22 23:00

  本文关键词：多面体4RSR变形移动机构的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着移动机器人的迅速发展,机器人的构型在一定程度上有了很高的突破。以多面体为移动本体的移动机器人能够通过多面体自身的各种变形实现机器人的形状变化以及移动步态,这类机器人易于存放和运输,可操作性强。随着信息技术教育课程与教材改革的深入,机器人教育目前已经走进青少年科技教育领域,在科技教学上采用变形能力强,结构突出的机器人,进而让青少年学习和掌握其关键技术。为此,本文提出了一种基于截角六面体形状的空间多面体4RSR机构,以此为研究对象,对其进行运动分析及控制研究。 首先,本文以截角六面体为原型,对4RSR机构的结构进行了设计,基于该机构的构型,对机构进行了自由度的分析、机构的运动模式分析,建立了机构的数学模型,按照其运动模式分析了机构的运动原理,从机构运动学的角度进行了运动学理论分析计算。根据机构的运动原理采用零力矩点(ZMP)对机构进行了稳定性分析,讨论了机构中不同参数对机构滚动能力的影响,得到了机构实现翻滚的条件。 其次,为了验证4RSR机构的运动理论结果的正确性,对该机构建立了虚拟样机,通过ADAMS仿真分析软件对机构进行了运动能力的仿真,结果证明了理论分析的正确性,也通过一些仿真曲线得到了机构的运动规律和驱动力矩,为机构的驱动控制提供了可靠的数据依据。 然后,基于4RSR机构的运动特点,设计了机构的控制策略,包括硬件的选型和软件的选择,采用Arduino UNO作为机构控制的硬件,LabVIEW作为机构控制的上位机软件,搭建了机构控制系统的软硬件结构,对机构的运动进行了参数设置,开发出机构的单步控制和滚动控制功能的人机交互用户界面。 最后,对4RSR机构的主要零部件进行了设计与加工,制作出实物样机,进行了实验调试,实现了机构的变形移动功能,验证了机构理论分析的正确性。
【关键词】：4RSR机构 运动学 ZMP点 虚拟样机 LabVIEW
【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】：TH112;TP242
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 多面体变形移动机构研究现状11-15
• 1.3 移动机构运动控制研究现状15-18
• 1.3.1 运动控制系统研究现状15-16
• 1.3.2 移动机构运动控制研究现状16-18
• 1.4 课题研究背景及意义18-19
• 1.5 本文研究方法与内容安排19-20
• 1.5.1 本文研究方法19-20
• 1.5.2 章节内容安排20
• 1.6 本章小结20-21
• 2 4RSR机构方案设计与分析21-43
• 2.1 机构的提出和结构组成21-23
• 2.1.1 机构的提出21-22
• 2.1.2 机构结构组成22-23
• 2.2 4RSR机构自由度23-26
• 2.2.1 自由度计算公式23
• 2.2.2 自由度的确定23-25
• 2.2.3 4RSR机构的变形25-26
• 2.3 4RSR机构的运动学分析26-35
• 2.3.1 机构的数学模型27-29
• 2.3.2 机构的运动学分析29-35
• 2.4 4RSR机构的稳定性分析35-41
• 2.4.1 稳定性分析原理35-36
• 2.4.2 机构ZMP数学模型36-38
• 2.4.3 参数对ZMP点的影响分析38-41
• 2.5 本章小结41-43
• 3 4RSR机构的建模与仿真43-59
• 3.1 虚拟样机技术43-44
• 3.2 ADAMS仿真软件44-45
• 3.3 4RSR机构的建模与运动仿真45-57
• 3.3.1 ADAMS仿真模型的建立45-49
• 3.3.2 ADAMS仿真分析49-57
• 3.4 本章小结57-59
• 4 4RSR机构控制系统设计59-77
• 4.1 功能规划59-63
• 4.1.1 Arduino简介59-60
• 4.1.2 LabVIEW简介60-61
• 4.1.3 4RSR机构功能规划61-63
• 4.2 控制系统硬件组成63-72
• 4.2.1 运动控制器63-65
• 4.2.2 驱动电机65-66
• 4.2.3 L298P Motor Shield电机驱动板66-68
• 4.2.4 电位器68-69
• 4.2.5 APC220无线通讯模块69-71
• 4.2.6 电路连接图71-72
• 4.3 软件结构和参数设置72-74
• 4.3.1 软件结构72-73
• 4.3.2 系统参数设置73-74
• 4.4 人机交互界面开发74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 5 样机制作与调试77-87
• 5.1 零件结构设计与加工77-81
• 5.1.1 顶板与侧板设计与加工77-78
• 5.1.2 球副的设计与加工78-80
• 5.1.3 样机装配80-81
• 5.2 样机调试81-85
• 5.2.1 实物样机调试81-83
• 5.2.2 波形显示83-85
• 5.3 本章小结85-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 研究展望88-89
• 参考文献89-93
• 附录A93-95
• 附录B95-97
• 附录C97-101
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果101-105
• 学位论文数据集105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱利辉;邹轩;徐新华;;基于LabVIEW的直流电机速度控制系统[J];仪器仪表用户;2006年01期

2 张明路,丁承君,段萍;移动机器人的研究现状与趋势[J];河北工业大学学报;2004年02期

3 杨斌久;蔡光起;罗继曼;朱春霞;;少自由度并联机器人的研究现状[J];机床与液压;2006年05期

4 吴琳;谭营;唐建;;运动控制技术发展与展望[J];机床与液压;2007年07期

5 徐国华,谭民;移动机器人的发展现状及其趋势[J];机器人技术与应用;2001年03期

6 李开生,张慧慧,费仁元,宗光华;机器人控制器体系结构研究的现状和发展[J];机器人;2000年03期

7 刘明尧,谈大龙,李斌;可重构模块化机器人现状和发展[J];机器人;2001年03期

8 王天然,曲道奎;工业机器人控制系统的开放体系结构[J];机器人;2002年03期

9 陈强;黄勇;胡晓娟;;并联机器人控制方法研究现状[J];机械工程师;2010年02期

10 龙斌,毛立民,孙志宏,陈革;国外自主变结构模块机器人发展现状[J];机械设计;2005年05期

  本文关键词：多面体4RSR变形移动机构的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：321394