本文選題：模塊化 + 四面體機器人�。� 參考：《北京交通大學》2017年碩士論文

【摘要】：模塊化設計思想是一種擁有諸多優(yōu)點的新興設計理論,而運用模塊化設計思想設計機器人則能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的柔性擴展,也是機器人技術發(fā)展的必然趨勢。與此同時,在移動機器人領域,多面體機器人是一種新興事物,具有很強的環(huán)境適應能力,實現(xiàn)多面體機器人的模塊化則有助于移動機器人技術的發(fā)展。基于此背景,本文以多面體機器人為研究對象,對其模塊化設計方案進行研究,并以兩款具有不同運動副的四面體機器人為實例進行設計方案的驗證。首先,從幾何學的角度對多面體進行分析,分析其實現(xiàn)運動的方式和基本結構組成單元,并與多面體機器人進行對比,從機構學角度分析出適合于此類機器人的運動實現(xiàn)方式和基本結構單元。接下來以基本結構單元為設計出發(fā)點,對兩款具有不同運動副的模塊化多面體機器人的機構模塊構形、機構模塊間連接、控制方案、控制系統(tǒng)硬件模塊間連接進行設計,并對控制系統(tǒng)硬件模塊初步選型和軟件模塊化實現(xiàn)進行研究。然后,基于模塊化多面體機器人的設計方案,以兩款具有不同運動副的四面體機器人為實例,實現(xiàn)其模塊化的同時,分別進行運動學分析、控制系統(tǒng)硬件具體選型和軟件流程設計,以驗證多面體機器人模塊化設計方案的可行性。其次,基于運動學分析,對兩款四面體機器人設計不同的步態(tài)變換步驟并由運動俯視圖分析其共有的步態(tài)分布規(guī)律。以此步態(tài)分布規(guī)律為依據(jù),對基于R副模塊化四面體機器人控制系統(tǒng)的實時控制算法進行了設計,實現(xiàn)了機器人根據(jù)所處的位置和操作者的控制命令進行特定方向的運動,并運用面向?qū)ο缶幊碳夹g的實現(xiàn)其模塊化。與此同時,基于傳感器的檢測原理,對基于R副模塊化四面體機器人控制系統(tǒng)的運動檢測算法進行了設計,并對其初始方案進行誤差分析,設計出了校正零位偏移誤差、隨機誤差和積累誤差具有更高精度的運動檢測算法,也運用面向?qū)ο缶幊碳夹g實現(xiàn)了其模塊化。最后,對基于R副模塊化四面體機器人的主要零部件進行加工,制作并裝配其樣機和控制系統(tǒng),進行試驗調(diào)試,實現(xiàn)了本文模塊化設計方案。
[Abstract]:The idea of modular design is a new design theory with many advantages. Using modular design thought to design robot can realize the flexibility expansion of robot, which is the inevitable trend of the development of robot technology. At the same time, in the field of mobile robot, polyhedron robot is a new thing, which has strong adaptability to the environment. The realization of modularization of polyhedron robot is helpful to the development of mobile robot technology. Based on this background, the modular design scheme of polyhedron robot is studied in this paper, and two tetrahedral robots with different motion pairs are taken as examples to verify the design scheme. First of all, from the point of view of geometry, we analyze the motion of polyhedron and its basic structure, and compare it with the polyhedron robot. From the point of view of mechanism, the kinematic realization mode and basic structure unit of this kind of robot are analyzed. Then the basic structure unit is taken as the starting point of the design. The configuration of the mechanism module, the connection between the mechanism modules, the control scheme and the connection between the hardware modules of the control system are designed for two modular polyhedron robots with different motion pairs. The primary selection of hardware module and the realization of software modularization are also studied. Then, based on the design scheme of modular polyhedron robot, two tetrahedral robots with different motion pairs are taken as examples to realize modularization and kinematics analysis respectively. The hardware selection and software flow design of the control system are used to verify the feasibility of the modular design of polyhedron robot. Secondly, based on kinematics analysis, different gait transformation steps are designed for two tetrahedron robots and their common gait distribution laws are analyzed by motion overlooking graph. Based on the gait distribution, a real-time control algorithm based on R submodular tetrahedron robot control system is designed, which realizes the robot moving in a specific direction according to the position and the control command of the operator. And use the object-oriented programming technology to achieve its modularization. At the same time, based on the detection principle of sensor, the motion detection algorithm of the control system based on R pair modularized tetrahedron robot is designed, and the error of the initial scheme is analyzed, and the zero offset error is designed. Random error and accumulation error have higher precision motion detection algorithm, and it is also modularized by object-oriented programming technology. Finally, the main components of the R pair modular tetrahedron robot are processed, its prototype and control system are manufactured and assembled, and the experimental debugging is carried out, and the modular design scheme of this paper is realized.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2103089