履带可变角度的关节式移动机器人技术研究
发布时间：2024-06-10 21:22
履带式移动机器人在灾场搜救、星球探测、军事勘察和反恐防暴等非结构环境领域得到了广泛应用。鉴于该类机器人广阔的应用前景及技术上的挑战性,使其已经成为机器人领域的研究热点和难点。如何提高履带式移动机器人在复杂环境中的越障稳定性、全地形通过性和抗振抗击性等,目前则成为与该机器人相关的研究关键和前沿问题,也是涉及该类机器人能否成熟应用的根本问题。因此,本文提出了一种具有新结构的关节式履带可变角度的移动机器人,并对机器人履带与地面相互作用机理、质心运动学及动力学建模、越障动作规划、典型地形越障稳定性分析和基于多传感器信息融合的避障技术等方面展开了深入研究。论文首先提出一种关节式双履带可变角度的移动机器人机构的实现方法,采用该技术方法的机器人本体通过旋转关节来连接前、后两部分,当机器人遇到台阶、楼梯等障碍物时,前、后两部分可通过旋转关节的相对运动来调整机器人的本体姿态,从而使机器人具有良好的全地形通过性和越障稳定性。针对机器人越障时履带容易发生松弛或脱落的问题,又提出了一种履带压紧被动伺服调节方法,该方法巧妙利用关节动作时履带变角度所产生的力之间的相互作用关系,使履带上的齿在履带运动过程中能很好地...
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 国内外履带式移动机器人研究现状
1.3 行驶机构与地面作用机理研究现状
1.3.1 轮子与地面作用机理研究现状
1.3.2 履带与地面作用机理研究现状
1.4 越障性能及稳定性分析研究现状
1.4.1 越障性能分析研究现状
1.4.2 越障稳定性研究现状
1.5 移动机器人避障技术研究现状
1.5.1 采用传感器的避障技术研究现状
1.5.2 智能化避障技术研究现状
1.6 主要研究内容
1.7 论文的组织结构
第二章 机器人结构特征及运动分析
2.1 机器人的本体机构
2.1.1 本体机构构建
2.1.2 机器人机构组成
2.1.3 履带工作状况分析
2.1.3.1 履带调节装置工作原理
2.1.3.2 履带被动伺服调节机构
2.2 机器人控制系统构建
2.2.1 控制系统硬件总体结构
2.2.2 主控模块及系统软件架构
2.2.3 混合式控制体系结构
2.3 机器人运动分析
2.3.1 机器人基本运动分析
2.3.2 机器人越障运动模式
2.4 本章小结
第三章 基于地面力学的履带与地面相互作用机理研究
3.1 履带与土壤地面作用模型
3.1.1 下陷量分布
3.1.2 应力分布
3.1.3 牵引力分析
3.2 履齿与地面作用模型
3.2.1 单个履齿与地面作用模型
3.2.2 整条履带下履齿与地面作用模型
3.3 模型融合及仿真分析
3.3.1 模型融合
3.3.2 基于MATLAB数学模型仿真分析
3.4 本章小结
第四章 机器人运动学和动力学研究
4.1 机器人转向运动学研究
4.2 机器人转向动力学研究
4.2.1 转向过程分析
4.2.2 转向受力分析
4.2.3 转向动力学建模
4.3 机器人越障运动学研究
4.3.1 质心运动学模型的建立
4.3.2 基于质心运动学的越障动作规划
4.4 基于质心运动学的越障性能分析
4.4.1 质心对越障性能的影响
4.4.2 最大越障高度分析
4.5 机器人越障动力学研究
4.5.1 机器人撑地状态动力学建模与分析
4.5.2 机器人爬台阶动力学建模与分析
4.6 本章小结
第五章 机器人越障稳定性分析
5.1 攀越二维崎岖地形的静态稳定性分析
5.2 攀爬斜坡静态稳定性分析
5.2.1 正斜坡地形
5.2.2 侧斜坡地形
5.3 爬楼梯静态稳定性分析
5.4 爬楼梯动态稳定性分析
5.4.1 车体与楼梯台阶一点接触
5.4.2 车体与楼梯台阶两点接触
5.4.3 车体与楼梯台阶三点接触
5.5 本章小结
第六章 基于多传感器信息融合的机器人避障技术研究
6.1 机器人避障系统
6.1.1 超声波与红外传感器信息融合规则
6.1.2 电子罗盘工作原理
6.2 基于EKF的多传感器信息融合方法研究
6.2.1 机器人差速移动运动学模型
6.2.2 扩展卡尔曼滤波方法
6.3 模糊神经网络避障算法研究
6.3.1 基于Takagi-Sugeno模型的模糊神经网络系统结构
6.3.2 模糊神经网络参数调整算法
6.4 避障系统控制器设计
6.5 模糊神经网络避障算法实现
6.5.1 输入变量及隶属度函数的确定
6.5.2 隶属度函数的训练
6.5.3 仿真分析
6.6 本章小结
第七章 关节式双履带移动机器人的实验研究
7.1 机器人实验系统
7.2 机器人越障实验与分析
7.2.1 爬楼梯实验与分析
7.2.2 爬台阶实验与分析
7.2.3 爬斜坡实验与分析
7.2.4 爬碎石堆实验与分析
7.3 机器人复杂地面通过性实验与分析
7.3.1 复杂地面通过性实验
7.3.2 沙子地面通过性实验分析与讨论
7.4 机器人避障实验与分析
7.4.1 机器人避障系统
7.4.2 复杂路况下避障实验与分析
7.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介
本文编号：3991917
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 国内外履带式移动机器人研究现状
1.3 行驶机构与地面作用机理研究现状
1.3.1 轮子与地面作用机理研究现状
1.3.2 履带与地面作用机理研究现状
1.4 越障性能及稳定性分析研究现状
1.4.1 越障性能分析研究现状
1.4.2 越障稳定性研究现状
1.5 移动机器人避障技术研究现状
1.5.1 采用传感器的避障技术研究现状
1.5.2 智能化避障技术研究现状
1.6 主要研究内容
1.7 论文的组织结构
第二章 机器人结构特征及运动分析
2.1 机器人的本体机构
2.1.1 本体机构构建
2.1.2 机器人机构组成
2.1.3 履带工作状况分析
2.1.3.1 履带调节装置工作原理
2.1.3.2 履带被动伺服调节机构
2.2 机器人控制系统构建
2.2.1 控制系统硬件总体结构
2.2.2 主控模块及系统软件架构
2.2.3 混合式控制体系结构
2.3 机器人运动分析
2.3.1 机器人基本运动分析
2.3.2 机器人越障运动模式
2.4 本章小结
第三章 基于地面力学的履带与地面相互作用机理研究
3.1 履带与土壤地面作用模型
3.1.1 下陷量分布
3.1.2 应力分布
3.1.3 牵引力分析
3.2 履齿与地面作用模型
3.2.1 单个履齿与地面作用模型
3.2.2 整条履带下履齿与地面作用模型
3.3 模型融合及仿真分析
3.3.1 模型融合
3.3.2 基于MATLAB数学模型仿真分析
3.4 本章小结
第四章 机器人运动学和动力学研究
4.1 机器人转向运动学研究
4.2 机器人转向动力学研究
4.2.1 转向过程分析
4.2.2 转向受力分析
4.2.3 转向动力学建模
4.3 机器人越障运动学研究
4.3.1 质心运动学模型的建立
4.3.2 基于质心运动学的越障动作规划
4.4 基于质心运动学的越障性能分析
4.4.1 质心对越障性能的影响
4.4.2 最大越障高度分析
4.5 机器人越障动力学研究
4.5.1 机器人撑地状态动力学建模与分析
4.5.2 机器人爬台阶动力学建模与分析
4.6 本章小结
第五章 机器人越障稳定性分析
5.1 攀越二维崎岖地形的静态稳定性分析
5.2 攀爬斜坡静态稳定性分析
5.2.1 正斜坡地形
5.2.2 侧斜坡地形
5.3 爬楼梯静态稳定性分析
5.4 爬楼梯动态稳定性分析
5.4.1 车体与楼梯台阶一点接触
5.4.2 车体与楼梯台阶两点接触
5.4.3 车体与楼梯台阶三点接触
5.5 本章小结
第六章 基于多传感器信息融合的机器人避障技术研究
6.1 机器人避障系统
6.1.1 超声波与红外传感器信息融合规则
6.1.2 电子罗盘工作原理
6.2 基于EKF的多传感器信息融合方法研究
6.2.1 机器人差速移动运动学模型
6.2.2 扩展卡尔曼滤波方法
6.3 模糊神经网络避障算法研究
6.3.1 基于Takagi-Sugeno模型的模糊神经网络系统结构
6.3.2 模糊神经网络参数调整算法
6.4 避障系统控制器设计
6.5 模糊神经网络避障算法实现
6.5.1 输入变量及隶属度函数的确定
6.5.2 隶属度函数的训练
6.5.3 仿真分析
6.6 本章小结
第七章 关节式双履带移动机器人的实验研究
7.1 机器人实验系统
7.2 机器人越障实验与分析
7.2.1 爬楼梯实验与分析
7.2.2 爬台阶实验与分析
7.2.3 爬斜坡实验与分析
7.2.4 爬碎石堆实验与分析
7.3 机器人复杂地面通过性实验与分析
7.3.1 复杂地面通过性实验
7.3.2 沙子地面通过性实验分析与讨论
7.4 机器人避障实验与分析
7.4.1 机器人避障系统
7.4.2 复杂路况下避障实验与分析
7.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介
本文编号：3991917
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3991917.html
