一种欠驱动体操机器人的研制
发布时间：2021-07-03 16:25
体操机器人是娱乐机器人中的一种,它参照体操运动员的外形和动作而设计,能够在单杠上完成摆起、大回环等动作。它不仅在视觉上给人一种震撼的效果,还能激发学生们的学习乐趣。从理论上讲,体操机器人属于欠驱动系统,其独立控制的输入变量小于机器人的自由度,这种特性使其在提高系统灵活性、降低能耗和减轻系统重量等方面具有优势。体操机器人不仅具有娱乐价值,在体操教学以及欠驱动理论研究方面同样发挥重要的作用。首先,本文对体操机器人的上杠、摆起和大回环等动作进行了规划,以人体形态为模仿对象,设计了一款仿人形的体操机器人。由于机器人在单杠上需要完成360°连续旋转,故需携带独立电源。另外,机器人内部空间有限,故需考虑电机、控制器、电源和线路等布置。手爪相当于被动关节,在机器人连续运动中起着关键性的作用,设计时需要考虑手爪的可靠性、容错性以及开合速度。本文所设计的手爪为一单关节合拢机构,结构紧凑、简单可靠,满足研制要求。由于手爪受力条件较差,运用ANSYS软件对其进行了应力分析。在结构和机构设计的基础上,完成了主动关节电机驱动控制器、传感电路以及电源保护电路的设计,实现了无线指令传输。在上述基础上,构建了整个体操...
【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】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多伦多大学Bortoff的Acrobot
图 1-3 多伦多大学 Bortoff 的 Acrobot 图 1-4 丹麦技术大学研究的 A日本东京工业大学在 1999-2002 年做出了超级机械男孩（Super MechMB)，该机器人仿人形设计，为三关节体操机器人；从 2010 年开始，inamitetu 团队一直在研制单杠体操机器人，并实现了一系列体操动作。（1）TITECH's Yamakita Lab 的超级机械男孩（SMB)[13]SMB 机器人是东京工业大学设计的一款欠驱动体操机器人，为 9 连杆，可以等效为一种三关节欠驱动体操机器人。全长约 50cm ，重量约 4k驱动机构[15]。整体结构如图 1-5 所示。
图 1-5 东京工业大学 SMB 机器人2）Hinamitetu 机器人inamitetu 从 2009 年开始研制体操机器人，从第 1 代机器人只能固回环运动到第 7 代机器人改进了手爪结构可以从单杠脱离并在空住单杠。再到革命性的第 12 代机器人，改用了新的木质脚底结构转系统，可以在空中翻转一周后平稳落地。第 17 号机器人加入了要是进行光线感知，检测机器人的水平位置，将机器人到达水平控制在±0.002s，机器人在单杠上的操作准确性更高。第 21 号机运动员在单杠上的具体操作，改变了机器人的扭转系统，改为左间段松开。一直到第 28 代机器人，结构更加紧凑，28cm，1.35k了减震器，并且改善了电路，加入了稳压比较电路，从而让机器加精准，也使得机器人在单杠上的连续翻转变得更加连贯流畅，如图 1-6 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于时栅传感技术的高分辨力磁编码器设计与研究[J]. 陈盛,彭东林,王淑娴,王阳阳,徐清华. 组合机床与自动化加工技术. 2018(04)
[2]无人机激光跟踪与无线供能系统[J]. 李志鹏,张燕革,艾勇,冯晓芸. 激光技术. 2018(03)
[3]Multi-objective Invasive Weed Optimization of the LQR Controller[J]. Hafizul Azizi Ismail,Michael S.Packianather,Roger I.Grosvenor. International Journal of Automation and Computing. 2017(03)
[4]浅析H桥效率和峰值电流测试问题[J]. 甘建峰. 通信电源技术. 2015(05)
[5]三自由度欠驱动机器人抓握目标杆运动控制[J]. 吴伟国,席宝时. 哈尔滨工业大学学报. 2013(11)
[6]基于LM2596的不间断直流电源设计[J]. 潘传勇,丁国臣,陈世夏. 现代电子技术. 2013(17)
[7]欠驱动三连杆机器人的混杂控制方法[J]. 赖旭芝,张镇,吴敏,潘昌忠. 中国科学:信息科学. 2013(02)
[8]一类三关节体操机器人的类等效建模[J]. 薛方正,厚之成,李祖枢. 控制与决策. 2012(02)
[9]光电编码器输出信号调理电路的设计[J]. 王翔,郝玉福,杨玺. 伺服控制. 2010(06)
[10]一类欠驱动机械系统基于神经网络的控制[J]. 谢衡,牛秦洲. 科学技术与工程. 2009(07)
博士论文
[1]一类非完整欠驱动机械系统的智能控制[D]. 赖旭芝.中南大学 2001
硕士论文
[1]高低杠体操机器人轨迹规划算法及仿真研究[D]. 张明昊.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于DSP的蓄电池放电系统的设计与实现[D]. 王海燕.青岛大学 2016
[3]基于HALL传感器的单对极磁编码器研究[D]. 刘震天.杭州电子科技大学 2016
[4]Acrobot起摆与平衡控制研究[D]. 陈伟.哈尔滨工业大学 2009
[5]一类二连杆欠驱动系统的动力学分析及控制[D]. 宋彦.吉林大学 2007
本文编号：3262934
【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】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多伦多大学Bortoff的Acrobot
图 1-3 多伦多大学 Bortoff 的 Acrobot 图 1-4 丹麦技术大学研究的 A日本东京工业大学在 1999-2002 年做出了超级机械男孩（Super MechMB)，该机器人仿人形设计，为三关节体操机器人；从 2010 年开始，inamitetu 团队一直在研制单杠体操机器人，并实现了一系列体操动作。（1）TITECH's Yamakita Lab 的超级机械男孩（SMB)[13]SMB 机器人是东京工业大学设计的一款欠驱动体操机器人，为 9 连杆，可以等效为一种三关节欠驱动体操机器人。全长约 50cm ，重量约 4k驱动机构[15]。整体结构如图 1-5 所示。
图 1-5 东京工业大学 SMB 机器人2）Hinamitetu 机器人inamitetu 从 2009 年开始研制体操机器人，从第 1 代机器人只能固回环运动到第 7 代机器人改进了手爪结构可以从单杠脱离并在空住单杠。再到革命性的第 12 代机器人，改用了新的木质脚底结构转系统，可以在空中翻转一周后平稳落地。第 17 号机器人加入了要是进行光线感知，检测机器人的水平位置，将机器人到达水平控制在±0.002s，机器人在单杠上的操作准确性更高。第 21 号机运动员在单杠上的具体操作，改变了机器人的扭转系统，改为左间段松开。一直到第 28 代机器人，结构更加紧凑，28cm，1.35k了减震器，并且改善了电路，加入了稳压比较电路，从而让机器加精准，也使得机器人在单杠上的连续翻转变得更加连贯流畅，如图 1-6 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于时栅传感技术的高分辨力磁编码器设计与研究[J]. 陈盛,彭东林,王淑娴,王阳阳,徐清华. 组合机床与自动化加工技术. 2018(04)
[2]无人机激光跟踪与无线供能系统[J]. 李志鹏,张燕革,艾勇,冯晓芸. 激光技术. 2018(03)
[3]Multi-objective Invasive Weed Optimization of the LQR Controller[J]. Hafizul Azizi Ismail,Michael S.Packianather,Roger I.Grosvenor. International Journal of Automation and Computing. 2017(03)
[4]浅析H桥效率和峰值电流测试问题[J]. 甘建峰. 通信电源技术. 2015(05)
[5]三自由度欠驱动机器人抓握目标杆运动控制[J]. 吴伟国,席宝时. 哈尔滨工业大学学报. 2013(11)
[6]基于LM2596的不间断直流电源设计[J]. 潘传勇,丁国臣,陈世夏. 现代电子技术. 2013(17)
[7]欠驱动三连杆机器人的混杂控制方法[J]. 赖旭芝,张镇,吴敏,潘昌忠. 中国科学:信息科学. 2013(02)
[8]一类三关节体操机器人的类等效建模[J]. 薛方正,厚之成,李祖枢. 控制与决策. 2012(02)
[9]光电编码器输出信号调理电路的设计[J]. 王翔,郝玉福,杨玺. 伺服控制. 2010(06)
[10]一类欠驱动机械系统基于神经网络的控制[J]. 谢衡,牛秦洲. 科学技术与工程. 2009(07)
博士论文
[1]一类非完整欠驱动机械系统的智能控制[D]. 赖旭芝.中南大学 2001
硕士论文
[1]高低杠体操机器人轨迹规划算法及仿真研究[D]. 张明昊.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于DSP的蓄电池放电系统的设计与实现[D]. 王海燕.青岛大学 2016
[3]基于HALL传感器的单对极磁编码器研究[D]. 刘震天.杭州电子科技大学 2016
[4]Acrobot起摆与平衡控制研究[D]. 陈伟.哈尔滨工业大学 2009
[5]一类二连杆欠驱动系统的动力学分析及控制[D]. 宋彦.吉林大学 2007
本文编号：3262934
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