连续型机器人非结构化环境下运动规划算法研究

发布时间：2021-01-12 02:29

　　为了适应飞机油箱等越来越复杂的非结构化环境,设计了一种基于球铰连接和柔性支撑杆结合的线驱动连续型机械臂,连续型机器人具有多冗余自由度结构,具有连续性,柔韧性等特点,在非结构环境中具有极强的优越性。然而,由于其复杂的运动学,关节运动的耦合性,其运动路径规划和关节操纵控制是具有挑战性的任务。主要研究内容如下。（1）设计连续型机器人的结构和分析运动学模型。分析连续型机器人的空间映射关系,建立连续型机器人从工作空间到姿态空间再到绳长变化空间、驱动空间的映射关系,并进行了相关的仿真,验证理论的正确性。（2）设计基于路径拟合的连续型机器人路径规划方法,以飞机油箱建立仿真环境,完成连续型机器人路径规划方法。首先建立飞机油箱仿真环境,然后利用改进的RRT算法生成更加符合于连续型机器人模型的离散路径,设计路径拟合方法,根据油箱环境设计避障策略,能够更好地完成飞机油箱复杂环境中的路径规划任务,设计连续型机器人隔舱路径规划策略,完成连续型机器人隔舱路径规划任务。（3）搭建了连续型机器人三关节样机平台,设计连续型机器人整体控制系统,编写整体驱动和控制程序,设计连续型机器人控制模式,实现关节路径跟随控制和手柄操... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 连续型机器人结构研究现状
        1.2.2 连续型机器人的路径规划研究现状
        1.2.3 现存问题
    1.3 课题研究内容
第二章 连续型机器人结构设计和运动学分析
    2.1 连续型机器人设计原则
    2.2 整体结构设计
        2.2.1 连续型机器人柔性机构设计
        2.2.2 连续型驱动机构设计
        2.2.3 连续型机器人整体的搭建
    2.3 连续型机器人的运动学分析
        2.3.1 运动学模型
        2.3.2 关节空间到绳长空间的转换
        2.3.3 绳长空间到驱动信号空间的映射
    2.4 连续型机器人仿真实验
        2.4.1 工作空间仿真
        2.4.2 绳长变化仿真
    2.5 本章小结
第三章 连续型机器人路径规划方法研究
    3.1 连续型机器人工作环境建模
    3.2 离散路径规划方法
        3.2.1 A星算法
        3.2.2 快速拓展随机树（RRT）算法
        3.2.3 离散路径规划实验
    3.3 关节拟合算法研究
    3.4 避障策略研究
    3.5 隔舱路径规划
    3.6 实验验证
        3.6.1 无障碍空间单舱路径规划
        3.6.2 单舱障碍空间路径规划
        3.6.3 隔舱无障碍空间路径规划
        3.6.4 隔舱障碍空间路径规划
    3.7 本章小结
第四章 操控系统搭建和实验验证
    4.1 整体系统搭建
    4.2 姿态传感器
        4.2.1 ZYZ欧拉角求解
        4.2.2 姿态传感器选型
    4.3 操作手柄
        4.3.1 手柄选择
        4.3.2 手柄连接以及信号处理
    4.4 驱动信号控制器设计
        4.4.1 MCU选择
        4.4.2 驱动信号的产生
        4.4.3 驱动板的设计与实现
    4.5 主控程序设计
        4.5.1 操作模式设计
        4.5.2 程序设计
        4.5.3 通信协议设计
    4.6 实验
        4.6.1 单关节弯曲验证
        4.6.2 三关节实验
    4.7 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文



本文编号：2971959