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全方位小型足球机器人运动特性分析

于华玉  
【摘要】: 小型足球机器人的特点为:“实时采集,实时控制,实时行动”,这就要求机器人在赛场上具有优异的运动性能。运动是足球机器人最重要的功能,因此如何使足球机器人的运动性能最佳是进行车身和运动机构设计的首要因素,研究运动特性不仅对机器人车体结构优化设计具有一定的指导意义,而且对运动控制也有较为重要的参考价值。 全方位小型足球机器人有可能实现车体在平面内沿任意方向的平动或最短路径上的快速移动,而成为近年来小型足球机器人研究的热点。但全方位足球机器人在走直线时,需要各轮的协调运动,耗能较大,需对其进行优化。针对这些问题,本论文主要工作如下: (1)阐述了国内外小型足球机器人的研究现状,提出了本文的研究内容和需要解决的问题。 (2)对几种典型的全方位轮优缺点进行了比较,并选择单排全方位瑞士轮作为新型全方位轮的设计目标。 (3)建立了理想状态下三轮和四轮全方位足球机器人的运动学和动力学方程,通MATLAB仿真对二者进行了最大速度和最大加速度比较。 (4)建立了n轮全方位机器人的运动学和动力学方程,以四轮全方位机器人为例,采用序列二次规划法(SQP),研究了各轮的协调运动,得出了机器人所需最小牵引力随轮轴间夹角的变化规律,为新型全方位轮式机器人的运动控制提供了一定理论指导。 (5)对对称布局的四轮全方位机器人,取其四分之一象限进行了各方向牵引力优化。以优化结果作为目标矩阵,运用模糊优选模型对四轮全方位小型足球机器人结构布局方案进行了选择,并将所得结论应用于新型足球机器人结构优化设计中。 (6)进一步讨论了车体制造误差导致的机器人重心和几何中心不重合,加速过程中产生的机器人车体重心偏移以及重心高度等因素对运动状态的影响,为实际车体机构设计提供了一定理论参考。


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