空间模块化机器人构型重组与控制方法研究
发布时间：2021-08-27 13:39
模块化机器人系统具有构型可重组的特性,因而能够很好地适应严苛的空间环境,具有广泛的空间应用前景。模块化机器人的构型重组与控制是充分发挥该系统高度适应性及鲁棒性的关键技术,直接关系到模块化机器人构型重组的效率及成功率,甚至是整个空间探测任务的成败。因此有必要展开模块化机器人构型重组与控制方法的研究,本文立足于模块化机器人在空间环境中探测及应用的重大需求,以解决模块化机器人构型重组与控制中的难题为主要目的。结合空间探测任务背景,立足拓展新的理论与应用方法,系统研究了模块化机器人构型重组中的规划及控制问题。论文主要研究内容包括如下:研究了模块化机器人的自动建模技术。1)针对传统的构型重组方式造成的模块联接面误差累积和消除的困难,提出了一种基于折纸的模块化机器人重构方式。这种重构方式能够有效减小联接面误差,大大提高模块化机器人构型重组的鲁棒性及成功率;2)考虑模块化机器人构型可变的特性,以及空间环境对系统自主性、实时性的要求,提出了模块化机器人的运动学模型及动力学模型的自动建立方法,该方法能够实时、高效地对模块化机器人的模型进行自动建立,满足空间任务对系统建模及计算实时性的要求;3)考虑到空间...
【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】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景、目的与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题背景
1.1.3 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 可重构模块化机器人的发展和现状
1.2.2 模块化机器人重构方法的研究现状
1.2.3 模块化机器人运动控制算法的研究现状
1.2.4 国内外研究现状总结
1.3 本文主要研究内容
1.3.1 亟待解决的问题
1.3.2 主要内容安排
第2章 模块化机器人的自动建模方法
2.1 引言
2.2 基于折纸的构型重组方式
2.3 自动建模技术
2.3.1 构型表示
2.3.2 运动学建模
2.3.3 动力学建模
2.3.4 关节角轨迹规划
2.3.5 关节力矩的能量指标
2.4 仿真结果分析
2.4.1 实验平台
2.4.2 基于折叠的重构与展开
2.4.3 仿真结果
2.5 本章小结
第3章 能量最优重构规划方法
3.1 引言
3.2 问题描述与求解策略
3.2.1 问题描述
3.2.2 求解策略
3.3 力矩峰值最小化的启发式算法
3.3.1 问题分析
3.3.2 初始构型规划
3.3.3 根结点选择与规划
3.4 力矩能量消耗最小化的启发式算法
3.4.1 能量最优的初始构型规划
3.4.2 驱动次序规划
3.5 仿真结果分析
3.5.1 力矩峰值最优的重构方案
3.5.2 能量消耗最优的重构方案
3.6 本章小结
第4章 主动模块最优配置方法
4.1 引言
4.2 求解策略
4.3 基于初始构型的主动模块配置方法
4.3.1 图着色算法
4.3.2 启发式算法
4.4 基于目标构型的主动模块配置方法
4.5 仿真结果分析
4.5.1 基于初始构型的配置方案
4.5.2 基于目标构型的配置方案
4.6 本章小结
第5章 模块化机械臂在轨协调操作与控制
5.1 引言
5.2 系统概述与建模
5.2.1 问题描述
5.2.2 系统模型
5.3 双时间尺度控制器
5.3.1 慢子系统控制器
5.3.2 快子系统控制器
5.3.3 参数调整方法
5.4 仿真结果分析
5.4.1 系统与控制器参数
5.4.2 仿真结果分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 对系统不确定性的有界性证明
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种模块化机械臂的设计与运动学分析[J]. 闫继宏,郭鑫,刘玉斌,赵杰. 哈尔滨工业大学学报. 2015(01)
[2]Adaptive Terminal Sliding Mode Control for Rigid Robotic Manipulators[J]. Mezghani Ben Romdhane Neila,Damak Tarak. International Journal of Automation & Computing. 2011(02)
[3]基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析[J]. 王卫忠,赵杰,高永生,蔡鹤皋. 机械工程学报. 2008(11)
博士论文
[1]基于万向式关节模块的自重构机器人研究[D]. 唐术锋.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3366456
【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】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景、目的与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题背景
1.1.3 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 可重构模块化机器人的发展和现状
1.2.2 模块化机器人重构方法的研究现状
1.2.3 模块化机器人运动控制算法的研究现状
1.2.4 国内外研究现状总结
1.3 本文主要研究内容
1.3.1 亟待解决的问题
1.3.2 主要内容安排
第2章 模块化机器人的自动建模方法
2.1 引言
2.2 基于折纸的构型重组方式
2.3 自动建模技术
2.3.1 构型表示
2.3.2 运动学建模
2.3.3 动力学建模
2.3.4 关节角轨迹规划
2.3.5 关节力矩的能量指标
2.4 仿真结果分析
2.4.1 实验平台
2.4.2 基于折叠的重构与展开
2.4.3 仿真结果
2.5 本章小结
第3章 能量最优重构规划方法
3.1 引言
3.2 问题描述与求解策略
3.2.1 问题描述
3.2.2 求解策略
3.3 力矩峰值最小化的启发式算法
3.3.1 问题分析
3.3.2 初始构型规划
3.3.3 根结点选择与规划
3.4 力矩能量消耗最小化的启发式算法
3.4.1 能量最优的初始构型规划
3.4.2 驱动次序规划
3.5 仿真结果分析
3.5.1 力矩峰值最优的重构方案
3.5.2 能量消耗最优的重构方案
3.6 本章小结
第4章 主动模块最优配置方法
4.1 引言
4.2 求解策略
4.3 基于初始构型的主动模块配置方法
4.3.1 图着色算法
4.3.2 启发式算法
4.4 基于目标构型的主动模块配置方法
4.5 仿真结果分析
4.5.1 基于初始构型的配置方案
4.5.2 基于目标构型的配置方案
4.6 本章小结
第5章 模块化机械臂在轨协调操作与控制
5.1 引言
5.2 系统概述与建模
5.2.1 问题描述
5.2.2 系统模型
5.3 双时间尺度控制器
5.3.1 慢子系统控制器
5.3.2 快子系统控制器
5.3.3 参数调整方法
5.4 仿真结果分析
5.4.1 系统与控制器参数
5.4.2 仿真结果分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 对系统不确定性的有界性证明
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种模块化机械臂的设计与运动学分析[J]. 闫继宏,郭鑫,刘玉斌,赵杰. 哈尔滨工业大学学报. 2015(01)
[2]Adaptive Terminal Sliding Mode Control for Rigid Robotic Manipulators[J]. Mezghani Ben Romdhane Neila,Damak Tarak. International Journal of Automation & Computing. 2011(02)
[3]基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析[J]. 王卫忠,赵杰,高永生,蔡鹤皋. 机械工程学报. 2008(11)
博士论文
[1]基于万向式关节模块的自重构机器人研究[D]. 唐术锋.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3366456
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3366456.html
