基于单振动电机驱动的微型群体机器人研究
发布时间：2021-05-05 20:36
在群体机器人研究、搜寻搜救、工业检测等多种应用领域,一个成本低、运行快、体积小、易制造的微型机器人可以发挥巨大作用。但是,目前已有的微型机器人受到驱动器、供能方式等方面的限制,往往成本高昂,运行速度低,制造流程复杂,难以达到大规模使用的目标。针对这些局限性,本文研究了一种以单一振动电机作为动力来源的、欠驱动的微型群体机器人平台。本文重点对欠驱动微型群体机器人的硬件结构、数学模型、轨迹拟合方法、仿真及实验结果等方面进行了研究,具体内容有:（1）通过挑选市面上已有的简单零部件,本课题设计出了一个厘米级别的,由单一振动电机驱动的微型机器人。该机器人仅由一个微型振动电机、一块微型锂电池、一个带有传感器的微型控制板,以及塑料外壳等四个部分拼接而成。创新的驱动方案使机器人的硬件成本较同类研究下降53%,装配时间大幅缩短,运行速度提高至2 cm/s。（2）课题研究了机器人在欠驱动的情况下,在二维空间内运动的机理。发现微型振动电机产生的离心力会在机器人与地面的接触点上产生推力和力矩,分别使机器人产生周期性平移和旋转运动,从而使机器人在水平面上的轨迹为圆形。通过建立运动学和动力学模型,分析了机器人的受力...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微型机器人
1.2.2 群体机器人
1.2.3 欠驱动机器人
1.3 本文的主要研究内容与章节安排
1.3.1 微型群体机器人硬件设计
1.3.2 数学模型的建立和路径拟合方法的设计
1.3.3 仿真与实验
1.3.4 章节安排
第2章 机器人硬件的设计
2.1 引言
2.2 第一代机器人的结构设计
2.2.1 零部件选型
2.2.2 整体结构设计
2.3 第一代机器人的电路设计
2.4 第二代机器人的结构设计
2.4.1 零部件选型
2.4.2 整体结构设计
2.5 第二代机器人的电路设计
2.6 本章小结
第3章 机器人数学模型
3.1 引言
3.2 第一代机器人的运动学与动力学模型
3.2.1 坐标系的建立
3.2.2 模型的基本假设
3.2.3 计算过程
3.2.4 运动轨迹分析
3.3 第二代机器人的运动学与动力学模型
3.4 参数分析及优化
3.5 本章小结
第4章 机器人运动路径的拟合方法
4.1 引言
4.2 直线轨迹的拟合
4.3 圆形轨迹的拟合
4.4 任意曲线轨迹的拟合
4.5 机器人控制方法
4.6 本章小结
第5章 基于ADAMS的运动仿真
5.1 引言
5.2 运动仿真的设置
5.2.1 基础设置
5.2.2 运动仿真
5.3 仿真结果分析
5.3.1 单向转动
5.3.2 拟合直线运动
5.3.3 拟合直径更大的圆形轨迹
5.4 本章小结
第6章 实验结果
6.1 引言
6.2 实验原理与方法
6.2.1 电机转速标定实验
6.2.2 电机转速与轨迹直径的关系测量实验
6.2.3 电机转速与机器人转速的关系测量实验
6.2.4 简单轨迹运行实验
6.2.5 复杂轨迹运行实验
6.3 实验结果
6.3.1 电机转速标定实验
6.3.2 电机转速与轨迹直径的关系测量实验
6.3.3 电机转速与机器人转速的关系测量实验
6.3.4 简单轨迹运行实验
6.3.5 复杂轨迹运行实验
6.3.6 同类对比
6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]群体机器人实验平台设计及其编队控制应用[J]. 赵东相,雷斌,陈浩. 南昌工程学院学报. 2016(04)
[2]医疗机器人技术发展综述[J]. 倪自强,王田苗,刘达. 机械工程学报. 2015(13)
[3]一种新的自组装模块化群体机器人——对接机构设计与自组装控制[J]. 魏洪兴,刘淼,李德忠,王田苗. 机器人. 2010(05)
[4]气动人工肌肉驱动仿人灵巧手的结构设计[J]. 彭光正,余麟,刘昊. 北京理工大学学报. 2006(07)
本文编号：3170545
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微型机器人
1.2.2 群体机器人
1.2.3 欠驱动机器人
1.3 本文的主要研究内容与章节安排
1.3.1 微型群体机器人硬件设计
1.3.2 数学模型的建立和路径拟合方法的设计
1.3.3 仿真与实验
1.3.4 章节安排
第2章 机器人硬件的设计
2.1 引言
2.2 第一代机器人的结构设计
2.2.1 零部件选型
2.2.2 整体结构设计
2.3 第一代机器人的电路设计
2.4 第二代机器人的结构设计
2.4.1 零部件选型
2.4.2 整体结构设计
2.5 第二代机器人的电路设计
2.6 本章小结
第3章 机器人数学模型
3.1 引言
3.2 第一代机器人的运动学与动力学模型
3.2.1 坐标系的建立
3.2.2 模型的基本假设
3.2.3 计算过程
3.2.4 运动轨迹分析
3.3 第二代机器人的运动学与动力学模型
3.4 参数分析及优化
3.5 本章小结
第4章 机器人运动路径的拟合方法
4.1 引言
4.2 直线轨迹的拟合
4.3 圆形轨迹的拟合
4.4 任意曲线轨迹的拟合
4.5 机器人控制方法
4.6 本章小结
第5章 基于ADAMS的运动仿真
5.1 引言
5.2 运动仿真的设置
5.2.1 基础设置
5.2.2 运动仿真
5.3 仿真结果分析
5.3.1 单向转动
5.3.2 拟合直线运动
5.3.3 拟合直径更大的圆形轨迹
5.4 本章小结
第6章 实验结果
6.1 引言
6.2 实验原理与方法
6.2.1 电机转速标定实验
6.2.2 电机转速与轨迹直径的关系测量实验
6.2.3 电机转速与机器人转速的关系测量实验
6.2.4 简单轨迹运行实验
6.2.5 复杂轨迹运行实验
6.3 实验结果
6.3.1 电机转速标定实验
6.3.2 电机转速与轨迹直径的关系测量实验
6.3.3 电机转速与机器人转速的关系测量实验
6.3.4 简单轨迹运行实验
6.3.5 复杂轨迹运行实验
6.3.6 同类对比
6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]群体机器人实验平台设计及其编队控制应用[J]. 赵东相,雷斌,陈浩. 南昌工程学院学报. 2016(04)
[2]医疗机器人技术发展综述[J]. 倪自强,王田苗,刘达. 机械工程学报. 2015(13)
[3]一种新的自组装模块化群体机器人——对接机构设计与自组装控制[J]. 魏洪兴,刘淼,李德忠,王田苗. 机器人. 2010(05)
[4]气动人工肌肉驱动仿人灵巧手的结构设计[J]. 彭光正,余麟,刘昊. 北京理工大学学报. 2006(07)
本文编号：3170545
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3170545.html
