一种轮腿式救援机器人构型研究与仿真

发布时间：2022-02-16 19:43

　　当今自然和人为灾害频发,救援环境错综复杂,仅靠人工进行救援远不能满足救援需求,高效、可靠的救援机器人是最佳的辅助救援设备,不仅可提高救援效率也可降低救援人员的风险。综合国内外在该领域的研究现状,本文提出一种4+1轮腿混合式救援机器人,该机器人具有环境适应性强、承载力大和工作空间大等优点。首先,对机器人的构型进行整体分析,利用G-K公式证明结构的合理性。分析了单腿和辅助工作臂的正、逆运行学模型,计算出各部件末端的笛卡尔坐标与各关节位移的关系矩阵,并通过SIMULINK进行仿真验证同时结合仿真发和数值法对工作空间进行了绘制和分析,并以单腿为例进行了动力学分析,得到关节力矩和末端角速度角加速度的关系表达式。其次,具体研究了救援机器人单腿的足端轨迹规划问题,分析了轨迹规划方法,比较各方法优劣得出采用多段高次曲线拟合的方法并结合本文设计的单腿结构进行了4-4-5分段轨迹设计,同时设计了轨迹优化问题,并采用了改进的果蝇算法进行优化,对标准果蝇算法进行了步长和解生成方法的改进并进行了MATLAB仿真对比试验,结果表明改进后的果蝇算法优化结果要明显优于标准算法,同时也验证了轨迹优化模型的正确性。最后对... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 救援机器人国内外研究现状
        1.2.1 救援机器人国外研究现状
        1.2.2 救援机器人国内研究现状
    1.3 轮腿式机器人研究现状及发展趋势
        1.3.1 轮腿式机器人研究现状
        1.3.2 轮腿式机器人发展趋势
    1.4 主要研究内容
第二章 轮腿式救援机器人构型与运动学分析
    2.1 轮腿式机器人构型设计与分析
        2.1.1 轮腿式机器人构型设计
        2.1.2 轮腿式机器人构型分析
    2.2 运动学分析
        2.2.1 单腿正运动学
        2.2.2 单腿正运动学MATLAB-Simulink仿真验证
        2.2.3 单腿逆运动学分析
        2.2.4 辅助工作机械臂运动学分析
        2.2.5 单腿与工作臂工作空间
    2.3 动力学分析
    2.4 本章小结
第三章 改进果蝇算法的足端轨迹规划
    3.1 轨迹规划方法
    3.2 足端轨迹规划
        3.2.1 轨迹规划模型
        3.2.2 分段多项式轨迹设计
    3.3 基于果蝇算法的轨迹优化
        3.3.1 时间最优轨迹优化目标函数与约束条件
        3.3.2 标准果蝇算法
        3.3.3 FOA改进
        3.3.4 轨迹优化算法设计
    3.4 足端轨迹规划仿真实验与分析
    3.5 本章小结
第四章 轮腿式救援机器人步态设计与仿真
    4.1 基于稳定裕度的静步态设计
        4.1.1 多足机器人的稳定性
        4.1.2 四足机器人静态步态
        4.1.3 基于稳定裕度的静态步态分析
    4.2 轮式移动方式分析及轮腿切换策略
        4.2.1 轮腿模式切换策略
        4.2.2 轮行模式分析
    4.3 “4+1”越障方式研究与设计
    4.4 步态仿真实验
        4.4.1 ADAMS仿真模型
        4.4.2 步态仿真及分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]修正浓度与适应步长的果蝇优化算法[J]. 信成涛,邹海.  计算机工程与应用. 2019(07)
[2]机器人在福岛核事故中的应用和启示[J]. 陈法国,杨明明,韩毅,李国栋.  辐射防护. 2018(04)
[3]四足机器人静步态连续行走策略[J]. 刘明敏,徐方.  机械设计与制造. 2018(07)
[4]基于混合插值的工业机器人关节轨迹规划算法[J]. 韩江,谷涛涛,夏链,董方方.  中国机械工程. 2018(12)
[5]改进的变步长果蝇优化算法[J]. 朱富占,邹海,丁国绅.  微电子学与计算机. 2018(06)
[6]动态搜索协同进化的果蝇优化算法[J]. 张水平,陈阳,丁小军.  小型微型计算机系统. 2018(01)
[7]果蝇优化算法研究综述[J]. 李少波,赵辉,张成龙,郑凯.  科学技术与工程. 2018(01)
[8]工业机器人运动目标轨迹规划仿真研究[J]. 周乐天,姜文刚.  计算机仿真. 2017(05)
[9]果蝇优化算法研究综述[J]. 王林,吕盛祥,曾宇容.  控制与决策. 2017(07)
[10]计算智能研究综述[J]. 张勇,耿国华,周明全,陈丽萍.  计算机应用研究. 2017(11)

博士论文
[1]矿用救援机器人关键技术研究[D]. 刘建.中国矿业大学 2014
[2]多运动模式轮腿移动机器人的运动学分析与研究[D]. 宋孟军.河北工业大学 2012

硕士论文
[1]3-PUU轮腿式移动机器人运动性能研究[D]. 苗智英.中北大学 2018
[2]小型可变形式轮腿机器人系统的研究[D]. 管贵森.哈尔滨工业大学 2017
[3]救援机器人结构设计优化及其运动学与动力学研究[D]. 寇彦芸.山东大学 2017
[4]轮腿混合式救援机器人的机构设计和性能研究[D]. 张玉翔.燕山大学 2017
[5]基于机器视觉的自主式救援机器人的研究[D]. 周鹏程.东南大学 2016
[6]煤矿救援机器人地图构建与路径规划研究[D]. 程新景.中国矿业大学 2016
[7]四足机器人越障自由步态规划与控制研究[D]. 刘冠初.电子科技大学 2015
[8]救援机器人的机械手和避障系统研究与实验[D]. 王嘉凌.上海交通大学 2014



本文编号：3628544