球形两栖机器人的特性评价

发布时间：2017-04-29 03:04

  本文关键词：球形两栖机器人的特性评价，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文中所研究的球形两栖机器人是一种水陆两栖探测器,它不仅可以完成水域里的水平方向前进后退运动、正转反转运动以及上浮下潜运动等,还可以在陆地上实现爬行行走运动。考虑到球形两栖机器人自身的稳定性能,本论文对机器人采用了对称性的设计;为了使球形两栖机器人可以在一些比较狭窄的自然水域以及管道中完成侦查、监测、采集等任务,该机器人采用了较小的机身体积;为了抓取海洋样品资源、实时监控海洋动态环境,我们给球形两栖机器人配置了机械手臂和视频模块;同时我们的机器人采用了直流喷水电机,降低了机器人的噪声,隐蔽性方面得到提高;另外较大的内部空间允许该机器人可以携带更小的子机器人去完成一些特定的作业任务,同时可以装载更大容量电池以提高续航能力。因此,该水陆两栖机器人有着广阔的应用空间和研究价值。该球形两栖机器人由一个球壳、一个亚克力圆盘、一套视频模块、两个机械手臂、四个推进系统和控制单元等组成。本机器人中,一个喷水推进系统由一个直流喷水电机和两个伺服电机组成,通过采用矢量喷水推进方式进行喷水推力调整,通过调节舵机的PWM(Pulse Width Modulation)占空比和各个驱动腿的步态,来改变机器人陆地步态和行走速度。球形两栖机器人的主控单元采用的是AVR(Atmega 2560)单片机,从控制器是一款ARM(STM32f103RE)内核的Arduino开发板。论文中首先对球形两栖机器人的机械特性和控制系统做出了分析和优化,完成了球形两栖机器人驱动电路和控制单元的设计。之后对机器人的运动特性进行了详细的讨论和研究。本文研究的重点是对球形两栖机器人进行特性评价,主要包括陆地运动特性评价和水中运动特性评价。陆地特性评价包括步态行走、负载、爬坡、抓取等;水中特性评价主要包括水中前进后退运动,原地旋转运动,机器人上浮下潜运动和水下视频传输等。该特性评价充分验证了球形两栖机器人的各项基础性能指标,为球形两栖机器人的后续开发和研究奠定了理论依据和现实基础。
【关键词】：球形两栖机器人 水下探测器 运动分析 陆地特性评价 水中特性评价
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 水下机器人的研究背景和意义9-10
• 1.2 水下机器人的研究现状分析10-15
• 1.2.1 水下机器人的国外研究现状10-13
• 1.2.2 水下机器人的国内研究现状13-15
• 1.3 论文的主要研究内容和结构15-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 球形两栖机器人的结构和控制系统18-28
• 2.1 球形两栖机器人的基本结构18-19
• 2.2 球形两栖机器人的机械结构分析19-21
• 2.2.1 球形两栖机器人壳体的分析19-20
• 2.2.2 球形两栖机器人的驱动器和机械手臂分析20-21
• 2.3 球形两栖机器人的控制系统分析21-27
• 2.3.1 球形两栖机器人的控制电路分析21-25
• 2.3.2 球形两栖机器人的控制信号分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 球形两栖机器人运动特性分析28-37
• 3.1 球形两栖机器人陆地运动28-32
• 3.1.1 陆地运动步态分析28-31
• 3.1.2 球形两栖机器人陆地运动特性31-32
• 3.2 球形两栖机器人水下运动32-36
• 3.2.1 球形两栖机器人的水下运动分析32-35
• 3.2.2 球形两栖机器人水中运动特性35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 球形两栖机器人陆地运动特性评价37-45
• 4.1 球形两栖机器人在不同地形下的行走特性评价37-39
• 4.1.1 评价目的37
• 4.1.2 过程及评价总结37-39
• 4.2 球形两栖机器人的爬坡特性评价39-41
• 4.2.1 评价目的39
• 4.2.2 过程及评价总结39-41
• 4.3 球形两栖机器人的抓取特性评价41-44
• 4.3.1 评价目的41-42
• 4.3.2 过程及评价总结42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 球形两栖机器人的水下运动特性评价45-58
• 5.1 球形两栖机器人的水平前进后退特性评价45-48
• 5.1.1 评价目的45
• 5.1.2 过程及评价总结45-48
• 5.2 球形两栖机器人的正转反转特性评价48-51
• 5.2.1 评价目的48
• 5.2.2 过程及评价总结48-51
• 5.3 球形两栖机器人的上浮下潜特性评价51-55
• 5.3.1 评价目的51
• 5.3.2 过程及评价总结51-55
• 5.4 球形两栖机器人的视频传输特性评价55-57
• 5.4.1 评价目的55
• 5.4.2 过程及评价总结55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 总结和展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 发表论文和科研情况说明63-64
• 致谢64-65

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