万向节式连续型飞机油箱检查机器人结构设计与操控方法研究

发布时间：2017-12-23 19:04

  本文关键词：万向节式连续型飞机油箱检查机器人结构设计与操控方法研究　出处：《中国民航大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：针对机务人员检修飞机油箱时作业困难和工作强度大的问题,研究了一种连续型机器人,辅助机务人员进入油箱进行检查,提高检修效率。连续型机器人能够动态适应具有结构约束和空间复杂的环境,而且可携带检查装置在复杂环境内完成相关作业。为提升连续型机器人的负载能力和机器人的操作实用性,本文主要进行了连续型机器人结构的优化设计,和基于操纵杆的控制方法研究。首先,根据蛇类脊椎骨结构特征和运动机理设计了连续型结构。该连续型结构采用球笼式万向节和圆柱螺旋弹簧作为关节段主体,采用线驱动作为驱动控制方式。连续型结构基于球笼式万向节等速运动特性和圆柱螺旋弹簧自恢复特性进行弯曲、旋转运动。其次,基于球笼式万向节等速运动特性,利用圆柱螺旋弹簧单位载荷法对连续型结构进行了运动学分析,以降低本体变曲率弯曲特性的影响,获得末端位置、关节变量以及驱动钢丝绳长度之间的映射关系。通过对弹簧段折线模型的几何模型分析推导出驱动钢丝绳绳长变化量的数学表达式,为控制连续型结构运动奠定基础。再次,通过多关节段间坐标系齐次变换矩阵的转换获得机械臂各点的笛卡尔空间坐标,并基于各关节段末端位置跟随其上一关节末端位置的思想,实时将操纵杆的控制输入进行插值计算,获得末端关节运动轨迹,使连续型结构实现基于操纵杆的关节连续控制。最后,设计了以球笼式万向节和圆柱螺旋弹簧作为关节段主体的连续型飞机油箱检查机器人硬件控制系统和软件控制系统,搭建了机器人样机。样机实验表明设计的连续型机器人具有较强负载能力,验证了机器人结构设计的合理性、运动学模型的正确性,及操控方法的有效性。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：1325093