繩驅(qū)蛇形機器人是一種連續(xù)型機器人,其作為一種典型的仿生機器人具有良好的環(huán)境適應能力,可以在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和狹小空間內(nèi)靈活運動,采用繩索驅(qū)動可以將驅(qū)動裝置和控制器置于機器人本體之外,這種方式可以有效減小機器人工作段的體積重量,使得結(jié)構(gòu)緊湊,也可以保證機器人在復雜,惡劣環(huán)境下工作的可靠性。目前繩驅(qū)蛇形機器人被廣泛用于災難救援、太空探測、狹小空間內(nèi)維修組裝等領域。本文首先設計了一款具有16個自由度的繩驅(qū)蛇形機器人,該機器人具有8個錐節(jié),采用24根繩索進行驅(qū)動,驅(qū)動系統(tǒng)采用直線導軌機構(gòu)。確定結(jié)構(gòu)之后,通過PROE計算機器人各部件的質(zhì)量特性和位置信息,在MBdyn中進行仿真參數(shù)設定和建模。在結(jié)構(gòu)設計的基礎上,利用傳統(tǒng)DH法對機器人建立桿件坐標系,并對其進行了正逆運動學分析,包括驅(qū)動空間到關(guān)節(jié)空間的運動學分析以及關(guān)節(jié)空間到操作空間的運動學分析,隨后基于蒙特卡洛法求解了機器人的工作空間。在運動學分析基礎上,本文建立了機械臂系統(tǒng)描述方法,根據(jù)等效力旋量和虛功原理對系統(tǒng)進行動力學分析,建立了一種繩索力到關(guān)節(jié)力矩的雅可比矩陣求解算法。在此基礎上搭建了繩驅(qū)蛇形機器人的控制模型,控制率采用計算力矩法,采用二次規(guī)... 

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 繩驅(qū)連續(xù)型機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 繩驅(qū)連續(xù)型機器人運動控制與路徑規(guī)劃國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 關(guān)鍵技術(shù)分析
    1.3 論文主要內(nèi)容
第2章 繩驅(qū)蛇形機器人結(jié)構(gòu)設計與建模
    2.1 引言
    2.2 繩驅(qū)蛇形機器人結(jié)構(gòu)設計
        2.2.1 機械臂構(gòu)型設計
        2.2.2 驅(qū)動系統(tǒng)設計
    2.3 仿真參數(shù)設定及機器人建模
    2.4 本章小結(jié)
第3章 繩驅(qū)蛇形機器人運動學分析與工作空間求解
    3.1 引言
    3.2 繩驅(qū)蛇形機器人運動學分析
        3.2.1 機器人坐標系定義
        3.2.2 錐節(jié)運動學分析
        3.2.3 機械臂運動學分析
    3.3 繩驅(qū)蛇形機器人工作空間求解
        3.3.1 基于傳統(tǒng)蒙特卡洛法的工作空間求解
        3.3.2 基于Beta分布的蒙特卡洛法工作空間求解
    3.4 本章小結(jié)
第4章 繩驅(qū)蛇形機器人動力學與控制
    4.1 引言
    4.2 繩驅(qū)蛇形機器人動力學分析
        4.2.1 機械臂系統(tǒng)描述
        4.2.2 虛功原理和等效力旋量
        4.2.3 雅可比矩陣求解原理
    4.3 繩驅(qū)蛇形機器人控制模型
        4.3.1 控制率設計
        4.3.2 繩索力優(yōu)化
        4.3.3 控制模型
    4.4 繩驅(qū)蛇形機器人典型運動控制
        4.4.1 大范圍運動控制
        4.4.2 末端畫圓運動控制
    4.5 本章小結(jié)
第5章 繩驅(qū)蛇形機器人軌跡跟隨控制與避障軌跡規(guī)劃
    5.1 引言
    5.2 連續(xù)路徑曲線下的軌跡跟隨算法
        5.2.1 路徑曲線生成
        5.2.2 位置及關(guān)節(jié)角度求解
        5.2.3 基于最小二乘法的數(shù)值求解
    5.3 繩驅(qū)蛇形機器人軌跡跟隨運動控制
        5.3.1 平面正弦軌跡跟隨
        5.3.2 空間螺旋軌跡跟隨
    5.4 基于人工勢場法的避障軌跡規(guī)劃
        5.4.1 基于包圍球的碰撞檢測
        5.4.2 機器人搜索空間
        5.4.3 改進勢函數(shù)
        5.4.4 局部最小點
        5.4.5 人工勢場避障軌跡規(guī)劃算法流程
    5.5 繩驅(qū)蛇形機器人避障運動控制
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及申請專利
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[4]蛇形臂機器人高精度位置伺服系統(tǒng)建模與仿真[J]. 魏志強,袁偉.  航空制造技術(shù). 2014(21)
[5]改進人工勢場法的機械臂避障路徑規(guī)劃[J]. 王俊龍,張國良,羊帆,敬斌.  計算機工程與應用. 2013(21)
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[9]基于蒙特卡洛法的空間機器人工作空間計算[J]. 李保豐,孫漢旭,賈慶軒,陳鋼.  航天器工程. 2011(04)
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博士論文
[1]半自主式結(jié)腸內(nèi)窺鏡機器人系統(tǒng)研究[D]. 胡海燕.哈爾濱工業(yè)大學 2011

碩士論文
[1]空間連續(xù)型機械臂設計與運動學仿真[D]. 韋貴煒.中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所) 2019
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[3]冗余機械臂動態(tài)避障規(guī)劃[D]. 謝龍.浙江大學 2018
[4]冗余自由度機器人的路徑規(guī)劃研究[D]. 胡靜.東南大學 2017
[5]線驅(qū)動柔性充電機器人系統(tǒng)的設計與控制研究[D]. 王浩淼.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[6]繩驅(qū)連續(xù)型冗余自由度機器人控制研究[D]. 谷海宇.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[7]萬向節(jié)式連續(xù)型飛機油箱檢查機器人結(jié)構(gòu)設計與操控方法研究[D]. 王瑾琨.中國民航大學 2017
[8]繩驅(qū)動超冗余度機械臂設計與運動規(guī)劃技術(shù)研究[D]. 王俊剛.上海交通大學 2017
[9]面向狹小空間作業(yè)的繩索驅(qū)動超冗余機械臂的研究[D]. 劉天亮.哈爾濱工業(yè)大學 2016



本文編號：3725539