本文關(guān)鍵詞： 球形機器人 全向輪 運動特性 Adams仿真 跳躍運動 PWM調(diào)速　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：球形機器人是一種具有球形外殼結(jié)構(gòu)的新型移動機器人。與其它移動機器人相比,球形機器人因其獨特的優(yōu)點而可以廣泛地應(yīng)用于不同的領(lǐng)域中。當(dāng)前學(xué)術(shù)界對球形機器人的研究重點主要在新型驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計,運動學(xué)和動力學(xué)特性分析,以及運動控制等諸多方面。本文提出了一種正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的新型驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計,并詳細(xì)設(shè)計了其機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng),完成了其運動特性的分析。首先,本文對正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的新型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,構(gòu)建了數(shù)字化三維實體模型,完成了本機器人的運動學(xué)和動力學(xué)特性分析研究�；谶\動學(xué),和接觸力學(xué)原理,詳細(xì)構(gòu)建了正交位雙向輪驅(qū)動球形機器人的運動模型,并對平面-球系統(tǒng)和驅(qū)動單元系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析,建立了驅(qū)動單元與球體運動位姿之間的關(guān)系�；趧恿W(xué)原理,采用牛頓-歐拉法建立了正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的動力學(xué)模型,并通過龍格-庫塔法對此動力學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值求解,獲得了驅(qū)動單元和球體的狀態(tài)變量的變化關(guān)系曲線。其次,本文還對正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的運動方式進(jìn)行了全面詳細(xì)的分析研究。將其直線運動分解為啟動、加速和勻速三個階段進(jìn)行分析,降低了分析復(fù)雜性;使用微分法構(gòu)造出勻速運動的數(shù)學(xué)模型,并通過迭代遞推的方法,獲得了球體和全向輪之間的速度變化關(guān)系曲線;詳細(xì)分析了正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的轉(zhuǎn)向運動、爬坡運動、越障運動和跳躍運動的理論特性。繼而,本文運用ADAMS軟件對正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人進(jìn)行了數(shù)字化運動仿真模擬,驗證了正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的運動理論分析。最后,完成了其物理樣機的制作,基于PWM調(diào)速原理設(shè)計并制作了其控制系統(tǒng),進(jìn)行了樣機的相關(guān)試驗,進(jìn)一步佐證了正交位雙全向輪驅(qū)動球形機器人的理論分析。本研究工作,為球形機器人的深入研究提供了參考。
[Abstract]:Spherical robot is a new type of mobile robot with spherical shell structure. Spherical robot can be widely used in different fields because of its unique advantages. At present, the focus of academic research on spherical robot is mainly on the design of new drive mechanism, kinematics and dynamic characteristics analysis. In this paper, a new type of drive mechanism for a spherical robot driven by orthogonal position and double direction wheel is proposed, and its mechanical structure and control system are designed in detail, and its motion characteristics are analyzed. In this paper, the new structure of the spherical robot with orthogonal position and double direction wheel drive is analyzed, and the digitized three-dimensional solid model is constructed, and the kinematics and dynamics characteristics of the robot are studied. The kinematic model of the spherical robot driven by orthogonal bidirectional wheel is constructed in detail, and the theoretical analysis of plane-ball system and drive unit system is carried out, and the relationship between the driving unit and the motion posture of the sphere is established. The dynamic model of a spherical robot driven by orthogonal position and double direction wheel is established by Newton-Euler method, and the dynamic model is solved numerically by Runge-Kutta method. The variation curves of the state variables of the drive unit and the sphere are obtained. Secondly, the motion mode of the spherical robot driven by orthogonal position and double direction wheel is analyzed in detail, and the linear motion of the robot is decomposed into startup. In order to reduce the complexity of the analysis, the mathematical model of uniform velocity motion is constructed by differential method, and the curve of the velocity relationship between the sphere and the omnidirectional wheel is obtained by iterative recursive method. In this paper, the theoretical characteristics of steering motion, climbing motion, obstacle surmounting motion and jumping motion of orthogonal double-direction wheel-driven spherical robot are analyzed in detail. In this paper, ADAMS software is used to simulate the digital motion of a spherical robot with orthogonal position and double direction wheel drive, which verifies the theoretical analysis of the motion of the robot. Finally, the physical prototype of the robot is made. Based on the principle of PWM speed regulation, the control system is designed and manufactured, and the related experiments of the prototype are carried out, which further prove the theoretical analysis of the orthogonal position dual-direction wheel-driven spherical robot. It provides a reference for the further study of spherical robot.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1540784