网箱智能清理机器人的运动控制研究

发布时间：2023-03-12 18:13

　　网箱智能清理机器人在复杂的海洋环境下，其自身的感应以及外部监控的能力和手段与陆地上工作的机器人相比存在着巨大的差异，智能运动控制技术是网箱智能清理机器人研究的重点和应用的核心。网箱智能清理机器人在水下航行和作业时由于其建模的不确定性和外部干扰的作用，实现网箱智能清理机器人的精确运动控制已经成为网箱清理机器人智能控制技术研究中一个亟待解决的问题。 本文以实验室自主研制的开架式网箱智能清理机器人作为研究对象，针对其控制系统具有非线性、强耦合性以及不确定性的特点，探讨了滑模变结构控制方法在网箱智能清理机器人运动控制中的应用，并在不同的工况下，设计了相应的运动控制器。 网箱智能清理机器人的运动数学模型是一个典型的非线性系统模型。本文首先建立了网箱智能清理机器人的六自由度的动力学模型，根据实际工况对该模型进行相应地化简。接着分别在理想和有干扰的情况下设计滑模反演轨迹跟踪器和自适应滑模反演轨迹跟踪器，利用MATLAB/Simulink搭建了运动轨迹跟踪控制的仿真平台，对网箱智能清理机器人进行运动控制仿真，测试了设计控制器的轨迹跟踪性能。 仿真结果表明，控制器能够快速、准确地实现位置和轨迹的跟踪。因...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外水下机器人的研究现状
    1.3 网箱智能清理机器人的数学模型概述
    1.4 网箱智能清理机器人的运动控制方法概述
    1.5 本文所制作的网箱智能清理机器人简介
    1.6 本文研究的主要内容
第二章 网箱智能清理机器人的设计与制作
    2.1 网箱智能清理机器人的总体设计方案
    2.2 机械结构设计
        2.2.1 整体框架的分布设计
        2.2.2 防水盒
        2.2.3 推进系统
    2.3 电路系统设计
        2.3.1 硬件基本结构
        2.3.2 下层硬件
        2.3.3 上层硬件
        2.3.4 电源供给
    2.4 本章小结
第三章 网箱智能清理机器人的运动学模型建立
    3.1 坐标系的选择和运动参数的定义
        3.1.1 固体坐标系
        3.1.2 运动坐标系
        3.1.3 速度向量和两坐标系之间的关系
        3.1.4 固定坐标系和运动坐标系之间的相互转化
    3.2 网箱智能清理机器人的受力分析情况
        3.2.1 网箱智能清理机器人受到的重力
        3.2.2 网箱智能清理机器人受到的浮力
        3.2.3 网箱智能清理机器人受到的推力
        3.2.4 网箱智能清理机器人受到的水动力
    3.3 网箱智能清理机器人运动学方程的建立
    3.4 简化后的网箱智能清理机器人运动学模型
        3.4.1 刚体的动力
        3.4.2 重力和惯性矩阵
        3.4.3 哥式力和向心力
        3.4.4 水动力
        3.4.5 水阻力与动力
    3.5 本章小结
第四章 网箱智能清理机器人的运动控制仿真研究
    4.1 滑模变结构控制的基本原理简介
    4.2 基于反演设计的滑模控制
        4.2.1 基本原理
        4.2.2 在理想情况下的网箱智能清理机器人深度方向轨迹跟踪仿真
    4.3 自适应反演滑模
        4.3.1 基本原理
        4.3.2 在干扰情况下网箱智能清理机器人深度方向轨迹跟踪仿真
    4.4 本章小结
第五章 网箱智能清理机器人的运动控制实验研究
    5.1 引言
    5.2 实验条件
        5.2.1 实验前的准备
        5.2.2 实验环境
    5.3 实验内容
        5.3.1 网箱智能清理机器人的水密实验
        5.3.2 网箱智能清理机器人的运动性能实验
    5.4 总结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文及研究成果
附录



本文编号：3761707