本文關(guān)鍵詞：球形輪機(jī)器人的3D建模與控制

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【摘要】：球形輪機(jī)器人以單點(diǎn)觸地、靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)成為了機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。然而球形輪機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的特點(diǎn)在帶來靈活性和瘦巧性的同時(shí)也帶來了極度的靜態(tài)不穩(wěn)定性。而且,動(dòng)態(tài)穩(wěn)定機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行將對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)性能和控制性能提出更高的要求。為解決球形輪機(jī)器人靜態(tài)不穩(wěn)定的問題,并提高機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力,本文改進(jìn)了現(xiàn)有球形輪機(jī)器人的機(jī)械和電路結(jié)構(gòu),建立了球形輪機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型,構(gòu)造了適應(yīng)復(fù)雜路面的綜合運(yùn)動(dòng)控制器,并通過仿真和實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了模型和運(yùn)動(dòng)控制器的準(zhǔn)確性和有效性。本文的研究成果主要包括:(1)設(shè)計(jì)并制作環(huán)形支撐支腳,推算機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)需求,提高機(jī)器人的供電能力,提出并設(shè)計(jì)新的球形輪測(cè)速機(jī)構(gòu)。(2)以改進(jìn)的球形輪機(jī)器人平臺(tái)為基礎(chǔ),利用牛頓力學(xué)原理,分析機(jī)器人的約束條件和受力情況;利用質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能公式和坐標(biāo)變化原理,推導(dǎo)多剛體機(jī)器人的動(dòng)能表達(dá)式;基于分析力學(xué)原理,依次建立機(jī)器人在水平路面和斜坡路面上的2D和3D動(dòng)力學(xué)模型。(3)通過分析機(jī)器人在平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),構(gòu)造基于2D動(dòng)力學(xué)模型的姿態(tài)速度雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu);通過坐標(biāo)變換的方法,將3D空間中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)變換到2D平面,然后將2D模型的控制方法拓展到3D模型中;針對(duì)機(jī)器人站立和爬坡兩種特殊的運(yùn)動(dòng),設(shè)計(jì)模糊控制器進(jìn)行控制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文建立的3D模型能較好地近似機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性;無動(dòng)力或者動(dòng)力不足的狀態(tài)下,本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以在水平面上向任意方位傾斜�？�;在動(dòng)力充足的情況下,該機(jī)器人可以從靜止停靠狀態(tài)自動(dòng)站立并保持穩(wěn)定,并在水平面上向任意方位行進(jìn),當(dāng)遇到斜坡時(shí),機(jī)器人可以自主沖坡并爬越坡面。
【關(guān)鍵詞】：球形輪機(jī)器人 球形輪測(cè)速機(jī)構(gòu) 分析力學(xué)原理 3D動(dòng)力學(xué)模型 模糊控制
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 研究背景和意義11
• 1.2 倒立擺機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-20
• 1.2.1 倒立擺機(jī)器人12-14
• 1.2.2 倒立擺機(jī)器人的分析方法14-17
• 1.2.3 倒立擺機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制17-20
• 1.2.4 球形輪機(jī)器人的研究趨勢(shì)20
• 1.3 本文的主要工作和內(nèi)容安排20-22
• 第2章 球形輪機(jī)器人的設(shè)計(jì)和改進(jìn)22-32
• 2.1 球形輪機(jī)器人的組成22-25
• 2.1.1 球形輪機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)23
• 2.1.2 球形輪機(jī)器人機(jī)械參數(shù)的測(cè)量23-25
• 2.2 球形輪機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)25-27
• 2.2.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特性25
• 2.2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能需求25-27
• 2.3 球形輪機(jī)器人的測(cè)速機(jī)構(gòu)27-31
• 2.3.1 利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)速的缺陷27
• 2.3.2 測(cè)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)27-28
• 2.3.3 測(cè)速機(jī)構(gòu)的特性分析28-31
• 2.4 本章小節(jié)31-32
• 第3章 球形輪機(jī)器人的 3D建模32-66
• 3.1 分析力學(xué)的基本原理32-36
• 3.1.1 拉格朗日第二類方程32-33
• 3.1.2 拉格朗日第一類方程33-34
• 3.1.3 Routh方程34-35
• 3.1.4 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能公式35-36
• 3.2 基于分析力學(xué)的二維動(dòng)力學(xué)模型36-52
• 3.2.1 水平面上的二維動(dòng)力學(xué)模型36-48
• 3.2.2 斜坡上的二維動(dòng)力學(xué)模型48-51
• 3.2.3 水平面和斜坡上的二維動(dòng)力學(xué)模型的統(tǒng)一51-52
• 3.3 基于分析力學(xué)的三維動(dòng)力學(xué)模型52-65
• 3.3.1 坐標(biāo)系的定義52-53
• 3.3.2 三維動(dòng)力學(xué)模型的假設(shè)53
• 3.3.3 三維動(dòng)力學(xué)模型的推導(dǎo)53-62
• 3.3.4 斜坡上的三維動(dòng)力學(xué)模型62-65
• 3.4 本章小結(jié)65-66
• 第4章 球形輪機(jī)器人的仿真和控制66-83
• 4.1 2D控制器設(shè)計(jì)66-70
• 4.1.1 模型線性化66
• 4.1.2 PID控制器66-70
• 4.3 基于平面控制器的 3D控制器設(shè)計(jì)70-75
• 4.3.1 起擺控制器的設(shè)計(jì)70-73
• 4.3.2 行走控制器73
• 4.3.3 爬坡控制器73-75
• 4.4 3D模型的仿真和實(shí)驗(yàn)75-82
• 4.4.1 模型的數(shù)值計(jì)算75-76
• 4.4.2 運(yùn)動(dòng)仿真76-79
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)79-82
• 4.5 本章小節(jié)82-83
• 結(jié)論83-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 附錄89-94
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單94-95
• 致謝95

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3 ;案例分析之四 機(jī)器人碼垛單元[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2000年04期

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9 賈一;機(jī)器人外科手術(shù)的必要技術(shù)條件[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2002年04期

10 董瑞翔;人間協(xié)調(diào)共存型機(jī)器人[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2002年05期

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1 胡春華;范勇;朱紀(jì)洪;孫增圻;;空中機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[A];2005年中國智能自動(dòng)化會(huì)議論文集[C];2005年

2 陳衛(wèi)東;;服務(wù)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及微特電機(jī)在其中的應(yīng)用[A];第十屆中國小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

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4 鄭亞青;吳建坡;;岸邊集裝箱宏-微起重機(jī)器人的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真[A];2009海峽兩岸機(jī)械科技論壇論文集[C];2009年

5 王靜;邊繼東;張大慧;林峰華;張宏;;管道定量采樣機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];2009全國虛擬儀器大會(huì)論文集（二）[C];2009年

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7 王明輝;馬書根;李斌;;獨(dú)立操作型可重構(gòu)機(jī)器人群體的動(dòng)態(tài)層次體系結(jié)構(gòu)研究[A];第八屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

8 譚金林;劉明英;梁建民;;機(jī)器人硬件電路設(shè)計(jì)[A];1995年中國智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議暨智能自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];1995年

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