飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制策略研究

发布时间：2017-04-02 13:10

  本文关键词：飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：温家宝总理曾经说过:“航空制造是国家的意志,是战略考虑,是国家兴旺发达的标志,具有巨大的科技意义和经济效益。”作为保障航空安全的飞机蒙皮检测同样具有重要意义。而将爬壁机器人技术应用到飞机蒙皮检测中可以弥补人工检测的各种缺点,提高航空的安全系数。本文围绕应用于蒙皮检测的飞机蒙皮检测机器人展开研究,通过设计姿态控制器、控制分配器以及感知模块完善机器人的曲率自适应姿态控制功能。首先设计了飞机蒙皮检测机器人曲面姿态控制器,通过控制机器人重心位置改变机器人姿态。对飞机蒙皮检测机器人的执行器:真空吸盘装置、气缸装置进行了数学建模;针对爬壁机器人曲面吸附状态进行动力学分析;设计基于Backstepping的爬壁机器人曲面姿态控制算法并仿真验证。其次设计了飞机蒙皮检测机器人控制分配器,使机器人具有曲率自适应功能。采用四棱锥法对爬壁机器人进行稳定性分析;同时给出了基于控制分配原理的吸盘组执行器矩阵切换算法,并对算法进行分析;改进了针对吸附力的控制分配算法,并通过仿真验证。然后设计了飞机蒙皮检测机器人的感知模块,使机器人得到自身的实时状态信息。阐述了机器人的定位定姿原理;分别介绍了组成感知模块的各个传感器数学模型:声源定位系统麦克风五元阵列及INS三轴加速度计测量模型,并针对惯性测量系统采用Eviews软件建立系统误差模型;设计了采用UKF融合算法的卡尔曼滤波器,通过对不同传感器数据的信息滤波处理来实现机器人的实时感知模块。最后围绕机器人展开实验研究。通过分析机器人执行器机构的可控性,验证飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制的可行性;介绍了机器人执行器的硬件构成,分析了机器人曲面步态变化。
【关键词】：飞机蒙皮检测机器人 曲率自适应 姿态控制 感知模块
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V260.6;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 课题研究背景、目的和意义16-17
• 1.2 爬壁机器人研究现状17-22
• 1.2.1 国外爬壁机器人发展概况18-20
• 1.2.2 国内爬壁机器人的发展概况20-22
• 1.3 爬壁机器人运动控制研究现状22-26
• 1.3.1 吸附装置选择22-24
• 1.3.2 驱动设备选择24
• 1.3.3 移动机构及控制方式选择24-25
• 1.3.4 能源供应25-26
• 1.4 本文主要研究内容26-28
• 第二章 飞机蒙皮检测机器人曲面姿态控制器设计28-43
• 2.1 引言28
• 2.2 飞机蒙皮检测机器人执行器数学建模28-32
• 2.2.1 吸盘负压吸附模型29-31
• 2.2.2 气缸PWM定位模型31-32
• 2.3 爬壁机器人动力学建模32-35
• 2.4 飞机蒙皮检测机器人曲面姿态调整控制算法35-42
• 2.4.1 系统模型35-37
• 2.4.3 基于Backstepping的爬壁机器人姿态控制方法及分析37-39
• 2.4.4 控制子系统稳定性分析39
• 2.4.5 仿真试验与结果分析39-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第三章 飞机蒙皮检测机器人控制分配器设计43-60
• 3.1 引言43
• 3.2 运动稳定性研究方法43-45
• 3.3 四棱锥稳定性判别法45-46
• 3.4 稳定性能参数计算46-49
• 3.4.1 静态稳定性分析46-47
• 3.4.2 动态稳定性分析47-48
• 3.4.3 倾覆性能系数48-49
• 3.5 控制分配模块介绍49-52
• 3.6 吸盘组控制分配器设计52-59
• 3.6.1 吸盘故障适应策略52-53
• 3.6.2 吸盘组执行器矩阵切换策略53-55
• 3.6.3 算法分析55-56
• 3.6.4 控制分配求解策略56-57
• 3.6.5 仿真及验证57-59
• 3.7 本章小结59-60
• 第四章 飞机蒙皮检测机器人感知模块系统设计60-79
• 4.1 引言60
• 4.2 感知模块系统介绍60-61
• 4.3 电子罗盘数学模型61-62
• 4.4 声源定位系统数学模型62-67
• 4.4.1 麦克风五元阵列数学模型63-64
• 4.4.2 声源定位系统软/硬件平台64-65
• 4.4.3 基于广义互相关函数法的相位时延估计法65-67
• 4.5 惯性测量系统数学模型67-72
• 4.5.1 ARMA模型原理68-69
• 4.5.2 采用ARMA分析随机误差过程69
• 4.5.3 Eviews软件随机误差模型建模69-72
• 4.6 传感器数据融合算法72-77
• 4.6.1 组合系统设计72
• 4.6.2 基于惯性导航与电子罗盘的空间姿态组合72-73
• 4.6.3 基于惯性元件与声源定位系统的空间位置组合73
• 4.6.4 UKF滤波器设计73-77
• 4.7 本章小结77-79
• 第五章 实验设计与研究79-87
• 5.1 引言79
• 5.2 飞机蒙皮检测机器人执行器部分描述与实验79-84
• 5.2.1 真空负压吸附系统硬件介绍79-80
• 5.2.2 真空负压吸附系统软件介绍80-81
• 5.2.3 吸盘负压可控性实验81-83
• 5.2.4 飞机蒙皮检测机器人气缸位移模块硬件介绍83-84
• 5.3 飞机蒙皮检测机器人飞机曲面步态分析84-85
• 5.4 本章小结85-87
• 第六章 总结和展望87-89
• 6.1 本文的主要工作87
• 6.2 前景展望87-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-94
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文94
• 攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况94
• 攻读硕士学位期间申请专利情况94

【参考文献】

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本文编号：282553