基于两转一移并联模块的蛇形机器人步态规划
发布时间：2020-12-27 21:54
仿生机器人能够模仿自然界中生物的独特特点,完成人类无法完成的特殊任务。而蛇形机器人更是凭借其强大的地面适应能力,在灾难搜救、管道检测等工作中具有广阔的应用前景。为进一步拓展蛇形机器人的步态模式以提高仿生机器人的机动性,本文以采用2-RRU/URR并联模块单元和棘轮机构的仿生蛇形机器人为主要研究对象,对其并联模块单元进行详细的性能分析,并对该仿生蛇形机器人的行走步态进行多步态规划和仿真实验分析。首先,提出一种用于蛇形机器人的仿生模块单元。基于旋量理论,求得该机构的自由度,并进行位置反解分析,求得该并联机构工作空间,进而对工作空间的区域进行详细划分,求得该并联模块具有齐次量纲的雅可比矩阵和灵巧度指标,基于这一指标分析该并联机构的运动学性能。其次,从生物蛇的运动机理出发,建立蛇形机器人蜿蜒运动的运动学模型,分别通过基于形态学模型、运动控制函数和简化CPG模型的步态控制方法来实现蜿蜒运动,以达到预期的仿生效果。在对该蛇形机器人所特有的伸缩运动进行步态设计时,结合伸缩运动对蛇形机器人蜿蜒运动以及行波运动加以改进,拓展出新的运动步态,来提高蛇形机器人的运动效率和越障性能。利用行波控制理论研究蛇形机...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蛇形机器人ACM
蛇形机器人很早就引起了广泛的关注。近些年来，学者们也从未停止过对蛇形机人的研究和创新，从而涌现出了各具特色的蛇形机器人。蛇形机器人的主体是由多完全相同的模块通过不同的关节连接所组成的，因而单个模块的结构设计是蛇形器人机械结构开发的重点。1.2.1 蛇形机器人机构和连接方式的研究现状单元模块是蛇形机器人能够实现多步态运动的关键。纵观国内外现有的蛇形机人，根据单元模块的自由度数和连接方式，可以大致分为三大类：单自由度转动关平行安装；双自由度关节如单自由度关节正交安装、虎克铰传动、齿轮系统传动、间连杆机构传动等；三自由度关节则包括万向铰，三自由度并联模块等。单转动自由度模块且平行安装的蛇形机器人代表，如 Hirose 教授提出的第一个形机器人 ACM[1]，如图 1-1，开创了蛇形机器人研制的先河，可以很好地实现蜿蜒动。美国 Miller 团队开发的蛇形机器人 S7[2]，如图 1-2，其外形和生物蛇十分相似，蜒运动效率极高，但是这类蛇形机器人一般只具有平面适应性。
图 1-3 UncleASM 图 1-4 CSR 蛇形机器人(3) 齿轮系统传动实现的蛇形机器人，如东京工业大学开发的 ACM-R5[5]，如图1-5，该机器人的关节模块采用一对伺服电机作为驱动，具有俯仰和偏航两个自由度，且各关节模块是封闭的，可实现水陆两栖步态运动。挪威科技大学研制的 Kullo[6]，如图 1-6，由 10 个具有光滑球形外壳的单元模块组成，正交安装在输出轴上的伺服电机用作驱动，并且可以通过齿轮系统传动装置实现侧向运动和横向翻滚运动等，并具有一定的越障能力。图 1-5ACM-R5 图 1-6 Kullko
【参考文献】：
期刊论文
[1]蛇形蠕动机器人行波运动和动力学研究[J]. 孟令森,吴胜,王永娟,范丽萍. 机械与电子. 2017(12)
[2]基于连续体模型的蛇形机器人质心速度跟踪控制方法[J]. 张丹凤,李斌,王立岩. 机器人. 2017(06)
[3]3-SPR并联机构运动学性能评价[J]. 汪满新,刘海涛,黄田. 机械工程学报. 2017(05)
[4]六自由度十字关节蛇形机器人运动学分析[J]. 赵华鹤,徐宁,王伟兴. 机械设计与研究. 2015(05)
[5]单向被动轮接触机构蛇形机器人的设计[J]. 卢振利,刘超,孙凯翔,冯大宇,许仙珍,单长考,李斌. 高技术通讯. 2015 (07)
[6]蛇形机器人的波形能量控制[J]. 李永梅. 工业控制计算机. 2015(01)
[7]蛇形机器人蜿蜒运动控制分析[J]. 王雪,连晓峰,陈天华,苏中,高俊. 计算机测量与控制. 2014(09)
[8]蛇形机器人的机构设计及运动分析[J]. 张玲玲,曲泽超. 机电工程. 2012(05)
[9]蛇形机器人直线运动的研究[J]. 薛瑞彬,苏中,张夏丽,万承军. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2011(05)
[10]三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发[J]. 叶长龙,马书根,李斌,王越超. 机械工程学报. 2009(05)
博士论文
[1]模块化机器人协调运动规划与运动能力进化研究[D]. 王晓露.哈尔滨工业大学 2016
[2]攀爬蛇形机器人的研究[D]. 孙洪.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]肘腕康复机器人优化设计及控制系统研究[D]. 陈子叶.燕山大学 2018
[2]混合步态仿蛇机器人结构设计与实现[D]. 李萌.北京化工大学 2017
[3]基于多运动步态的蛇形机器人设计与研究[D]. 肖婷婷.成都理工大学 2017
[4]仿生蛇形机器人设计及运动学研究[D]. 石培沛.宁波大学 2017
[5]仿蛇搜救机器人关节性能分析与运动模态拓展研究[D]. 吴春成.北京化工大学 2016
[6]多步态仿蛇机器人机构性能分析及运动控制研究[D]. 翁志萍.北京化工大学 2016
[7]攀爬蛇形机器人运动控制与关节转矩分析[D]. 陈春煦.华南理工大学 2016
[8]肘腕关节康复机器人研制[D]. 王晓倩.燕山大学 2015
[9]基于四边形机构的蛇形机器人设计[D]. 徐兵.东北大学 2014
[10]蛇形机器人步态生成方法及在桥梁缆索表面检测中的应用研究[D]. 孙洪超.华南理工大学 2012
本文编号：2942556
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蛇形机器人ACM
蛇形机器人很早就引起了广泛的关注。近些年来，学者们也从未停止过对蛇形机人的研究和创新，从而涌现出了各具特色的蛇形机器人。蛇形机器人的主体是由多完全相同的模块通过不同的关节连接所组成的，因而单个模块的结构设计是蛇形器人机械结构开发的重点。1.2.1 蛇形机器人机构和连接方式的研究现状单元模块是蛇形机器人能够实现多步态运动的关键。纵观国内外现有的蛇形机人，根据单元模块的自由度数和连接方式，可以大致分为三大类：单自由度转动关平行安装；双自由度关节如单自由度关节正交安装、虎克铰传动、齿轮系统传动、间连杆机构传动等；三自由度关节则包括万向铰，三自由度并联模块等。单转动自由度模块且平行安装的蛇形机器人代表，如 Hirose 教授提出的第一个形机器人 ACM[1]，如图 1-1，开创了蛇形机器人研制的先河，可以很好地实现蜿蜒动。美国 Miller 团队开发的蛇形机器人 S7[2]，如图 1-2，其外形和生物蛇十分相似，蜒运动效率极高，但是这类蛇形机器人一般只具有平面适应性。
图 1-3 UncleASM 图 1-4 CSR 蛇形机器人(3) 齿轮系统传动实现的蛇形机器人，如东京工业大学开发的 ACM-R5[5]，如图1-5，该机器人的关节模块采用一对伺服电机作为驱动，具有俯仰和偏航两个自由度，且各关节模块是封闭的，可实现水陆两栖步态运动。挪威科技大学研制的 Kullo[6]，如图 1-6，由 10 个具有光滑球形外壳的单元模块组成，正交安装在输出轴上的伺服电机用作驱动，并且可以通过齿轮系统传动装置实现侧向运动和横向翻滚运动等，并具有一定的越障能力。图 1-5ACM-R5 图 1-6 Kullko
【参考文献】：
期刊论文
[1]蛇形蠕动机器人行波运动和动力学研究[J]. 孟令森,吴胜,王永娟,范丽萍. 机械与电子. 2017(12)
[2]基于连续体模型的蛇形机器人质心速度跟踪控制方法[J]. 张丹凤,李斌,王立岩. 机器人. 2017(06)
[3]3-SPR并联机构运动学性能评价[J]. 汪满新,刘海涛,黄田. 机械工程学报. 2017(05)
[4]六自由度十字关节蛇形机器人运动学分析[J]. 赵华鹤,徐宁,王伟兴. 机械设计与研究. 2015(05)
[5]单向被动轮接触机构蛇形机器人的设计[J]. 卢振利,刘超,孙凯翔,冯大宇,许仙珍,单长考,李斌. 高技术通讯. 2015 (07)
[6]蛇形机器人的波形能量控制[J]. 李永梅. 工业控制计算机. 2015(01)
[7]蛇形机器人蜿蜒运动控制分析[J]. 王雪,连晓峰,陈天华,苏中,高俊. 计算机测量与控制. 2014(09)
[8]蛇形机器人的机构设计及运动分析[J]. 张玲玲,曲泽超. 机电工程. 2012(05)
[9]蛇形机器人直线运动的研究[J]. 薛瑞彬,苏中,张夏丽,万承军. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2011(05)
[10]三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发[J]. 叶长龙,马书根,李斌,王越超. 机械工程学报. 2009(05)
博士论文
[1]模块化机器人协调运动规划与运动能力进化研究[D]. 王晓露.哈尔滨工业大学 2016
[2]攀爬蛇形机器人的研究[D]. 孙洪.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]肘腕康复机器人优化设计及控制系统研究[D]. 陈子叶.燕山大学 2018
[2]混合步态仿蛇机器人结构设计与实现[D]. 李萌.北京化工大学 2017
[3]基于多运动步态的蛇形机器人设计与研究[D]. 肖婷婷.成都理工大学 2017
[4]仿生蛇形机器人设计及运动学研究[D]. 石培沛.宁波大学 2017
[5]仿蛇搜救机器人关节性能分析与运动模态拓展研究[D]. 吴春成.北京化工大学 2016
[6]多步态仿蛇机器人机构性能分析及运动控制研究[D]. 翁志萍.北京化工大学 2016
[7]攀爬蛇形机器人运动控制与关节转矩分析[D]. 陈春煦.华南理工大学 2016
[8]肘腕关节康复机器人研制[D]. 王晓倩.燕山大学 2015
[9]基于四边形机构的蛇形机器人设计[D]. 徐兵.东北大学 2014
[10]蛇形机器人步态生成方法及在桥梁缆索表面检测中的应用研究[D]. 孙洪超.华南理工大学 2012
本文编号：2942556
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