本文關(guān)鍵詞：高速步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)及測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：本文以高速步行機(jī)器人為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了雙足步行機(jī)器人適用于液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和高性能測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先,簡(jiǎn)化并抽象出步行機(jī)器人的單腿物理模型,使用D-H方法描述相鄰連桿間的位姿變換關(guān)系,進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析并進(jìn)一步研究了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法。使用SimMechanics建立了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行仿真,得到給定單腿各關(guān)節(jié)規(guī)劃軌跡時(shí)對(duì)應(yīng)的力矩曲線。其次,根據(jù)本課題步行機(jī)器人平面運(yùn)動(dòng)和高速步行的要求,設(shè)計(jì)了步行機(jī)器人整體機(jī)構(gòu),包括輔助裝置設(shè)計(jì)與機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),研制了液壓驅(qū)動(dòng)雙足步行機(jī)器人樣機(jī)。再次,根據(jù)本課題中高速步行機(jī)器人的特點(diǎn),對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出具體要求。通過(guò)比較法確定了基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EtherCAT的機(jī)器人控制系統(tǒng)方案,說(shuō)明了機(jī)器人主從站的實(shí)現(xiàn)、控制變量分配與尋址和控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞流程,搭建機(jī)器人控制系統(tǒng)模型并進(jìn)行了相關(guān)分析。然后,完成了基于EtherCAT的步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了機(jī)器人關(guān)節(jié)從站液壓驅(qū)動(dòng)板硬件電路,完成了機(jī)器人關(guān)節(jié)從站微處理器驅(qū)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)和主站PLC控制程序設(shè)計(jì)。最后,搭建了步行機(jī)器人樣機(jī)軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)機(jī)器人主從站EtherCAT通信實(shí)驗(yàn)分析了通信的丟包率、出錯(cuò)率、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,通過(guò)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)方案的可行性。
【關(guān)鍵詞】：高速步行機(jī)器人 動(dòng)力學(xué)模型 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)分析
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 課題背景及意義9-10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3.1 雙足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)介紹10-12
• 1.3.2 雙足步行機(jī)器人研究現(xiàn)狀12-16
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)16-19
• 第二章 機(jī)器人建模及仿真19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 機(jī)器人物理模型19-20
• 2.3 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)建模20-23
• 2.4 機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解23-24
• 2.5 基于SimMechanics的模型仿真24-27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 第三章 機(jī)器人樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-37
• 3.1 機(jī)器人樣機(jī)設(shè)計(jì)要求29
• 3.2 機(jī)器人輔助裝置設(shè)計(jì)29-30
• 3.3 機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)30-35
• 3.3.1 材料的選擇30-31
• 3.3.2 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置介紹31-32
• 3.3.3 機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)32-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第四章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求37
• 4.3 控制網(wǎng)絡(luò)方案選擇37-40
• 4.4 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)40-43
• 4.4.1 機(jī)器人控制系統(tǒng)主從站實(shí)現(xiàn)41
• 4.4.2 機(jī)器人控制變量分配與尋址41-43
• 4.4.3 控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞流程43
• 4.5 控制系統(tǒng)建模與分析43-47
• 4.5.1 控制系統(tǒng)建模與穩(wěn)定性分析44-45
• 4.5.2 間隙非線性環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)的影響45-47
• 4.6 本章小結(jié)47-49
• 第五章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 機(jī)器人關(guān)節(jié)從站驅(qū)動(dòng)板硬件設(shè)計(jì)49-54
• 5.2.1 基于C8051F040的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)及引腳配置49-50
• 5.2.2 電源模塊50-52
• 5.2.3 DA輸出放大調(diào)理電路52
• 5.2.4 編碼器信號(hào)處理電路52-53
• 5.2.5 EtherCAT通信接口電路53-54
• 5.3 機(jī)器人關(guān)節(jié)從站驅(qū)動(dòng)板軟件設(shè)計(jì)54-60
• 5.3.1 機(jī)器人關(guān)節(jié)從站驅(qū)動(dòng)板軟件整體流程54-55
• 5.3.2 機(jī)器人周期性數(shù)據(jù)處理55-56
• 5.3.3 機(jī)器人非周期性事件處理56-58
• 5.3.4 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制PID算法實(shí)現(xiàn)58-60
• 5.4 機(jī)器人主站軟件設(shè)計(jì)60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-63
• 第六章 實(shí)驗(yàn)與分析63-73
• 6.1 引言63
• 6.2 機(jī)器人主從站EtherCAT通信實(shí)驗(yàn)63-66
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建63-64
• 6.2.2 丟包率與出錯(cuò)率測(cè)試64
• 6.2.3 通信實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性測(cè)試64-66
• 6.3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)66-71
• 6.3.1 機(jī)器人主站控制關(guān)節(jié)從站DA輸出實(shí)驗(yàn)67
• 6.3.2 機(jī)器人單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)67-68
• 6.3.3 機(jī)器人多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)68-71
• 6.4 本章小結(jié)71-73
• 第七章 總結(jié)與展望73-75
• 7.1 總結(jié)73
• 7.2 展望73-75
• 致謝75-77
• 參考文獻(xiàn)77-80

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