本文關(guān)鍵詞：森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制

  更多相關(guān)文章： 森林火災(zāi) 余火探測(cè) 六足機(jī)器人 ADAMS 控制系統(tǒng)

【摘要】：森林火災(zāi)頻發(fā),對(duì)森林生態(tài)環(huán)境和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重威脅。復(fù)雜多變的森林地形環(huán)境極大的阻礙了消防救援設(shè)備進(jìn)入,火災(zāi)余火的探測(cè)和清理工作對(duì)每一位消防人員來(lái)說(shuō)都具有較高的危險(xiǎn)性。論文針對(duì)我國(guó)森林火災(zāi)及火災(zāi)余火探測(cè)清理技術(shù)與方法的現(xiàn)狀,結(jié)合六足仿生機(jī)器人良好的運(yùn)動(dòng)性能,進(jìn)行了森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的搭建,以期未來(lái)應(yīng)用于森林火災(zāi)及余火的探測(cè)與清理作業(yè)。(1)以“六足蟲綱”的身體結(jié)構(gòu)為研究基礎(chǔ),結(jié)合國(guó)內(nèi)外多足仿生機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),通過(guò)Solidwoks三維軟件設(shè)計(jì)六足仿生森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)有六條腿、18個(gè)自由度,主要由機(jī)械腿、軀體、驅(qū)動(dòng)裝置組成;執(zhí)行機(jī)構(gòu)4個(gè)自由度,串聯(lián)關(guān)節(jié)組成,主要由基座、大臂、肘部、小臂、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等零部件組成;并進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、控制器的選型、傳感器系統(tǒng)的安裝等工作。(2)為更好的對(duì)森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制,對(duì)六足機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析。詳細(xì)分析了森林余火探測(cè)機(jī)器人機(jī)械腿及執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端空間位置坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解,通過(guò)D-H方法建立腿部和執(zhí)行機(jī)構(gòu)空間坐標(biāo)系,利用運(yùn)動(dòng)學(xué)正解方程根據(jù)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角分別求解出腿部足端的位置坐標(biāo)、末端執(zhí)行器的空間位置坐標(biāo)。并利用運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解,在已知空間位置坐標(biāo)的基礎(chǔ)上,求解機(jī)械腿部關(guān)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度,為機(jī)器人具備卓越的作業(yè)性能打下良好基礎(chǔ)。(3)運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的森林余火探測(cè)機(jī)器人三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析,機(jī)器人在平坦路面和崎嶇斜坡爬行仿真實(shí)驗(yàn)得出機(jī)器人質(zhì)心位移、腿部基關(guān)節(jié)、股關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)角速度和所受力矩。仿真曲線得出機(jī)器人在平坦路面和斜坡爬行過(guò)程中機(jī)器人具有良好的穩(wěn)定性,驗(yàn)證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和正確性。通過(guò)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析得出末端執(zhí)行器空間位移和執(zhí)行機(jī)構(gòu)基座關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)所受力矩曲線,驗(yàn)證了執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有一定的清理障礙物的能力,能夠?yàn)闄C(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的清障作業(yè)提供支撐。(4)根據(jù)森林余火探測(cè)機(jī)器人復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求,提出了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及火災(zāi)余火探測(cè)等控制系統(tǒng)的基本要求。從機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)自由度的數(shù)量、傳感器信息的融合傳遞、森林火災(zāi)余火信息檢測(cè)、森林地形環(huán)境適應(yīng)、障礙物的清理等方面提出了控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。將機(jī)器人控制系統(tǒng)分為中央控制模塊、傳感器模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行模塊、火災(zāi)余火信息檢測(cè)模塊五部分。機(jī)器人控制系統(tǒng)中所需的控制器,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、供電電池、直流伺服驅(qū)動(dòng)、煙霧、溫度、火焰等各類傳感器的規(guī)格參數(shù)。設(shè)計(jì)了機(jī)器人控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),分析了自動(dòng)和手動(dòng)控制模式的特點(diǎn)和應(yīng)用情況,為后續(xù)機(jī)器人的精確控制打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：森林火災(zāi) 余火探測(cè) 六足機(jī)器人 ADAMS 控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 前言9-15
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 課題研究背景與意義9
• 1.3 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀9-13
• 1.3.1 輪式行走機(jī)構(gòu)9-10
• 1.3.2 履帶式行走機(jī)構(gòu)10-12
• 1.3.3 多足行走機(jī)構(gòu)12-13
• 1.4 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人的導(dǎo)航研究進(jìn)展13
• 1.5 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)分析13-14
• 1.6 課題研究?jī)?nèi)容14-15
• 第二章 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-24
• 2.1 引言15
• 2.2 機(jī)器人整體構(gòu)造15-16
• 2.3 機(jī)器人腿部機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16-19
• 2.3.1 單腿結(jié)構(gòu)16-17
• 2.3.2 驅(qū)動(dòng)裝置17-19
• 2.4 軀體機(jī)械結(jié)構(gòu)19-20
• 2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)20-23
• 2.5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)21-22
• 2.5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)件22-23
• 2.6 小結(jié)23-24
• 第三章 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析24-39
• 3.1 引言24
• 3.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間位置和速度24-28
• 3.2.1 機(jī)器人擺動(dòng)腿空間位置分析24-28
• 3.2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度分析28
• 3.3 機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析28-33
• 3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)正運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算30-32
• 3.3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算32-33
• 3.4 步行足動(dòng)力學(xué)分析33-37
• 3.5 小結(jié)37-39
• 第四章 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人仿真分析39-52
• 4.1 引言39-40
• 4.2 ADMAS運(yùn)動(dòng)學(xué)建模40-42
• 4.3 ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析42-46
• 4.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)仿真42-44
• 4.3.2 機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真44-46
• 4.4 ADAMS仿真結(jié)果分析46-51
• 4.4.1 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)仿真結(jié)果分析46-49
• 4.4.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真結(jié)果分析49-51
• 4.5 小結(jié)51-52
• 第五章 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)要求和體系結(jié)構(gòu)52-57
• 5.2.1 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)要求52
• 5.2.2 森林火災(zāi)余火探測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)52-54
• 5.2.3 控制系統(tǒng)硬件選型54-57
• 5.3 運(yùn)動(dòng)控制單元模塊化分析設(shè)計(jì)57-60
• 5.3.1 自動(dòng)控制模式58-59
• 5.3.2 手動(dòng)控制模式59-60
• 5.4 小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 結(jié)論61
• 6.2 展望61-63
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參與的科研項(xiàng)目63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68

【參考文獻(xiàn)】

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3 楊海強(qiáng);周燦豐;高輝;;基于UG和ADAMS的水下爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2015年07期

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本文編號(hào)：695232