多步态仿蛇机器人机构性能分析及运动控制研究

发布时间：2017-11-24 20:39

  本文关键词：多步态仿蛇机器人机构性能分析及运动控制研究

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【摘要】：多关节串联仿蛇机器人外形细长柔软,灵活多变,可以在灾难中负责搜救任务、军事中负责侦察任务。然而,侦察搜救场景中,地形复杂,任务紧迫,需要仿蛇机器人具有多种运动形式,灵活变换。考虑地形适应性和快速运动能力的要求,本文从机构分析和运动控制方向研究一种多步态仿蛇机器人,实现在崎岖地面上蜿蜒运动,在平坦地面上轮式运动以及在狭缝中混沌运动。具体研究内容为：1、综合环境因素以及任务需求,研究仿蛇机器人的多步态运动形式。对于蜿蜒运动,为使关节角度关系式简单化,使用Serpenoid曲线研究蜿蜒运动,针对头部方向一致化和初始过渡平滑性问题,对关节角度关系式进行一定的变形。对于轮式运动,为使仿蛇机器人具有轮式运动特点,根据结构特性将整体机构分段处理,通过调节各分段参数实现分段功能。2、考虑多步态运动形式,研究仿蛇机器人机构性能。对于轮式运动,采用正交主动轮仿蛇机器人机构实现。而对于蜿蜒运动,针对正交主动轮仿蛇机器人不具有各向异性摩擦力问题,研究在主动轮外壳正交环绕若干被动体轮的解决途径。主动轮间通过仿生并联关节连接,通过关节自由度、奇异性、运动学关系推导,得到仿生关节性能特点。3、根据仿蛇机器人多步态运动形式和机构性能特点,研究一种基于Hopfield Neural Network (HNN)的多步态控制方法。分析各类运动步态具体曲线形式,将其离散化作为输入调整HNN州权重参数获得相应的输出信号。然后根据各类步态具有相同的直线形初始形态,利用Motion Shape Code Technique (MSCT)进行初始步态的生成以及运动过程中步态之间的转换。本文通过对正交主动轮仿蛇机器人机构分析以及运动控制方法研究,实现仿蛇机器人多步态运动能力,对搜救侦察仿蛇机器人研究提供了一些参考价值。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
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本文编号：1223475