多操作模式轮腿复合机器人设计与分析
发布时间：2022-12-11 16:40
轮腿复合机器人具有轮式移动、腿足式移动和轮腿复合式移动等多种移动方式,其优异的移动性能使其能适应复杂地形,而具有操作能力的移动机器人,能够在移动模式与操作模式间切换,进而更好地适应不同任务与复杂环境,成为移动机器人领域一个新的发展方向。基于上述背景,本文提出了具有多种操作模式的轮腿复合机器人的设计目标,其具有良好的移动与操作能力,能够适应非结构化的复杂地形并完成多种操作任务。本文围绕多操作模式轮腿复合机器人的设计目标,设计了机器人具有的多种操作形式、移动形式和支链切换形式,给出了机器人支链应满足的约束条件,并提出了多种机器人构型方案,综合考虑机器人主要应用场景、灵活性能和加工难易程度等多种因素,确定了机器人具体构型方案。对机器人进行了运动学分析,包括运动学正、反解以及速度、工作空间求解。计算了机器人的位置工作空间与姿态空间,根据姿态空间与机构尺寸的关系对机器人尺寸进行了优化。完成了对机器人的动力学分析,通过求解机器人操作部分与支撑部分的动力学耦合关系,建立了机器人自协作模式下完整的动力学模型;给出了机器人力学性能评价指标,提出了基于力学性能优化的调姿算法,并通过理论计算与仿真验证的方式...
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 研究现状
1.2.1 多模式机器人研究进展
1.2.2 机器人动力学研究现状
1.3 应用现状
1.4 研究内容
2 多操作模式轮腿复合机器人设计
2.1 多操作模式轮腿复合机器人概念
2.2 多操作模式轮腿复合机器人设计方法
2.3 多操作模式轮腿复合机器人构型实例
2.4 方案确定
2.5 本章小结
3 机器人运动学分析
3.1 坐标系建立与位姿描述
3.2 运动学正反解
3.2.1 支链运动学正解
3.2.2 支链运动学逆解
3.3 速度分析
3.3.1 操作支链速度分析
3.3.2 支撑部分速度分析
3.4 工作空间计算
3.4.1 位置工作空间
3.4.2 姿态工作空间
3.5 尺寸优化
3.6 本章小结
4 机器人动力学分析
4.1 支链动力学模型
4.2 自协作模式动力学模型
4.3 基于力学性能优化的调姿算法
4.3.1 机器人力学表现性能
4.3.2 姿态优化实例
4.4 本章小结
5 模式规划与仿真
5.1 步态规划
5.1.1 六足行走步态
5.1.2 四足行走步态
5.1.3 轮式行走步态
5.2 步态切换过程与稳定裕度
5.2.1 步态切换过程
5.2.2 切换过程稳定裕度计算
5.3 模式规划
5.3.1 工作模式定义
5.3.2 模式切换过程
5.4 V-REP仿真试验
5.5 本章小结
6 机器人样机与实验研究
6.1 方案设计
6.1.1 结构方案设计
6.1.2 控制系统方案设计
6.2 机器人样机实现
6.3 机器人调试与实验
6.3.1 机器人调试实验
6.3.2 机器人行走与步态切换实验
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 工作总结
7.2 研究展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法[J]. 刘冬琛,王军政,汪首坤,彭辉. 机械工程学报. 2019(01)
[2]全地形铰接式履带车辆原地转向运动学与动力学建模[J]. 董超,成凯,胡文强,姚禹,高学亮. 中南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]连杆铰接轮腿式机器人的运动学与步态分析[J]. 王雁东,唐昭,戴建生. 机械工程学报. 2018(07)
[4]2-PUR-PSR并联机构的运动学分析及尺度综合[J]. 张伟中,徐灵敏,童俊华,李秦川. 机械工程学报. 2018(07)
[5]Wheel-legged Hexapod Robots:a Multifunctional Mobile Manipulating Platform[J]. DING Xilun,ZHENG Yi,XU Kun. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
[6]具有主动腰关节的四足机器人在间歇性对角小跑步态下的姿态平衡控制[J]. 郑楚婷,宋光明,乔贵方,宋爱国,韦中. 机器人. 2016(06)
[7]Optimal Design of a 3-Leg 6-DOF Parallel Manipulator for a Specific Workspace[J]. FU Jianxun,GAO Feng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(04)
[8]四足机器人改进型对角小跑步态研究[J]. 常青,韩宝玲,罗庆生. 中国机械工程. 2015(18)
[9]基于Trot步态的四足机器人弹簧腿动力学分析与仿真[J]. 郑建华,牛军川,江民圣,李蒙,荣学文. 中南大学学报(自然科学版). 2015(08)
[10]一种轮足复合式爬壁机器人动力学建模与分析[J]. 董伟光,王洪光,姜勇. 机器人. 2015(03)
博士论文
[1]非结构地形轮足式移动机器人设计与步态规划研究[D]. 赵旦谱.清华大学 2010
本文编号：3719128
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 研究现状
1.2.1 多模式机器人研究进展
1.2.2 机器人动力学研究现状
1.3 应用现状
1.4 研究内容
2 多操作模式轮腿复合机器人设计
2.1 多操作模式轮腿复合机器人概念
2.2 多操作模式轮腿复合机器人设计方法
2.3 多操作模式轮腿复合机器人构型实例
2.4 方案确定
2.5 本章小结
3 机器人运动学分析
3.1 坐标系建立与位姿描述
3.2 运动学正反解
3.2.1 支链运动学正解
3.2.2 支链运动学逆解
3.3 速度分析
3.3.1 操作支链速度分析
3.3.2 支撑部分速度分析
3.4 工作空间计算
3.4.1 位置工作空间
3.4.2 姿态工作空间
3.5 尺寸优化
3.6 本章小结
4 机器人动力学分析
4.1 支链动力学模型
4.2 自协作模式动力学模型
4.3 基于力学性能优化的调姿算法
4.3.1 机器人力学表现性能
4.3.2 姿态优化实例
4.4 本章小结
5 模式规划与仿真
5.1 步态规划
5.1.1 六足行走步态
5.1.2 四足行走步态
5.1.3 轮式行走步态
5.2 步态切换过程与稳定裕度
5.2.1 步态切换过程
5.2.2 切换过程稳定裕度计算
5.3 模式规划
5.3.1 工作模式定义
5.3.2 模式切换过程
5.4 V-REP仿真试验
5.5 本章小结
6 机器人样机与实验研究
6.1 方案设计
6.1.1 结构方案设计
6.1.2 控制系统方案设计
6.2 机器人样机实现
6.3 机器人调试与实验
6.3.1 机器人调试实验
6.3.2 机器人行走与步态切换实验
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 工作总结
7.2 研究展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法[J]. 刘冬琛,王军政,汪首坤,彭辉. 机械工程学报. 2019(01)
[2]全地形铰接式履带车辆原地转向运动学与动力学建模[J]. 董超,成凯,胡文强,姚禹,高学亮. 中南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]连杆铰接轮腿式机器人的运动学与步态分析[J]. 王雁东,唐昭,戴建生. 机械工程学报. 2018(07)
[4]2-PUR-PSR并联机构的运动学分析及尺度综合[J]. 张伟中,徐灵敏,童俊华,李秦川. 机械工程学报. 2018(07)
[5]Wheel-legged Hexapod Robots:a Multifunctional Mobile Manipulating Platform[J]. DING Xilun,ZHENG Yi,XU Kun. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
[6]具有主动腰关节的四足机器人在间歇性对角小跑步态下的姿态平衡控制[J]. 郑楚婷,宋光明,乔贵方,宋爱国,韦中. 机器人. 2016(06)
[7]Optimal Design of a 3-Leg 6-DOF Parallel Manipulator for a Specific Workspace[J]. FU Jianxun,GAO Feng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(04)
[8]四足机器人改进型对角小跑步态研究[J]. 常青,韩宝玲,罗庆生. 中国机械工程. 2015(18)
[9]基于Trot步态的四足机器人弹簧腿动力学分析与仿真[J]. 郑建华,牛军川,江民圣,李蒙,荣学文. 中南大学学报(自然科学版). 2015(08)
[10]一种轮足复合式爬壁机器人动力学建模与分析[J]. 董伟光,王洪光,姜勇. 机器人. 2015(03)
博士论文
[1]非结构地形轮足式移动机器人设计与步态规划研究[D]. 赵旦谱.清华大学 2010
本文编号：3719128
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