收藏本站
《哈尔滨理工大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

拱泥仿生机器人系统设计及其虚拟样机研究

颜兵兵  
【摘要】: 拱泥机器人是一种能在水下泥土环境中按照规划轨迹完成攻打千斤洞作业的新型水下特种机器人,用来替代潜水员攻打千斤洞的手工作业。由于拱泥机器人是工作在海底泥土环境中,缺少必要的检测和通讯手段,一旦在试验或工作中发生意外,势必造成金钱和时间上的浪费。针对这一问题,本文提出了一种拱泥仿生机器人的总体技术方案,并对其虚拟样机展开了研究,为拱泥机器人实验样机的研制奠定了基础。应用虚拟样机技术开发基于蠕动原理拱泥仿生机器人是增强我国拱泥机器人自主研发和技术创新能力的有效途径。在拱泥仿生机器人设计的初期阶段针对其仿生机构、海洋土力学、运动学及其控制策略进行数学建模与仿真研究,可对拱泥仿生机器人总体性能进行匹配和整体优化,这对于缩短产品开发周期、降低成本、改进设计质量、提高市场竞争力具有重要的理论意义和学术价值。论文的主要研究内容如下所述。 论文介绍了基于蠕动原理拱泥仿生机器人系统设计及其虚拟样机研究的背景与意义,概括了蠕动爬行机器人以及国内拱泥机器人的研究现状,从产品开发流程的角度出发,阐述了虚拟样机技术的产生背景、理论与方法及其工程应用,基于仿生机器人的主要研究问题即机构设计问题、建模问题以及控制策略问题这三个方面,提出应用虚拟样机技术进行拱泥仿生机器人系统设计及其虚拟样机研究的主要内容及其技术路线。 根据蚯蚓的生理结构及其运动机理,提出了一种拱泥仿生机器人的总体技术方案;结合并联机构的特点,对拱泥机器人转向关节展开了深入的研究,并进行运动学的数值分析及计算机仿真研究。仿真结果表明,转向关节具有推进、跟进及转向三个功能。同时基于并联机构工作空间的研究方法,进行了转向关节装配方案的优化设计,并基于自顶向下的设计方法,进行了转向关节的参数化三维建模与自动装配方面的研究。基于自主移动机器人的控制策略分析的基础上,提出了基于规划与行为的混合式拱泥机器人控制体系结构;结合拱泥机器人的整体结构和运动特点,分析了拱泥机器人的控制策略,并设计了拱泥机器人的局部路径规划器。 论文介绍了海洋沉积土的来源与分布情况,以及淤泥质粘土的工程性质。应用土的抗剪强度理论等经典土壤力学理论从宏观上进行拱泥机器人直行和转向时的受力分析。应用离散单元法进行土壤动态行为模拟,从细观上揭示了土壤动态行为的变化规律。在转向关节运动学模型的基础上,建立了拱泥机器人的运动学模型,为拱泥机器人的虚拟样机研究奠定了基础。 通过分析复杂产品虚拟样机的信息与功能集成原理,建立了基于参数驱动的虚拟样机体系结构,并采用实例分析的方式将该结构应用在拱泥机器人虚拟样机的设计中。该结构为企业开发复杂产品、实施虚拟样机工程、进行产品创新提供了一条有效的途径。 在虚拟样机的仿真实验研究方面,首先提出了避障控制器路径规划算法,并进行了仿真实验;采用多种计算机技术,分别从数据接口模块、数学运算模块、图形化仿真模块、硬件接口模块等方面展开研究,建立了拱泥机器人运动过程的图形化仿真平台,并进行了拱泥机器人作业模拟实验。 在总结全文工作的基础上,对进一步的研究提出了建议和展望。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 叶果;面向生物工程的精密定位机构及其动力学特性研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 解明强;仿生拱泥机器人虚拟样机关键技术研究[D];佳木斯大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张蕾;淤泥质粘土地质条件下注浆及搅拌桩地基加固引起的地层“隆-沉”规律[J];安徽建筑;2004年02期
2 白志富,韩先国,陈五一;基于Lagrange方程三自由度并联机构动力学研究[J];北京航空航天大学学报;2004年01期
3 苏治宝,陆际联;用模糊逻辑法对移动机器人进行路径规划的研究[J];北京理工大学学报;2003年03期
4 冯士伦,王建华,林杨,孙斌;蠕动爬行攻泥机构转向工作特性的有限元分析[J];船舶工程;2003年05期
5 刘伟庭,方向生,陈裕泉;仿生“蚯蚓”机器人的SMA执行器实现[J];传感技术学报;2005年03期
6 王海英;蔡向东;尤波;张礼勇;;基于遗传算法的移动机器人动态路径规划研究[J];传感器与微系统;2007年08期
7 郑军;阎长虹;夏良斌;梁清雨;郭军辉;王吉刚;;苏州阳澄湖地区淤泥质粘土工程地质特性探讨[J];工程地质学报;2006年05期
8 郭重庆;全球化与中国制造业[J];中国工程科学;2001年04期
9 李磊,陈细军,候增广,谭民;自主轮式移动机器人CASIA-I的整体设计[J];高技术通讯;2003年11期
10 张建英;赵志萍;刘暾;;基于人工势场法的机器人路径规划[J];哈尔滨工业大学学报;2006年08期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王岚;拱泥机器人的控制系统及路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 张锐;基于离散元细观分析的土壤动态行为研究[D];吉林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李燕;仿蚯蚓在土质环境下拱洞机器人的研究[D];西北工业大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李双林,辛勇;基于特征的注塑件产品的并行成本估算研究[J];工程塑料应用;2005年03期
2 高洪;赵韩;;并联机器人机构学理论研究综述[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年01期
3 钟相强;蒋立军;梁利东;;基于虚拟样机技术的S195柴油机建模与仿真研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年03期
4 杜娟;;二维颗粒流程序PFC~(2D)特点及其应用现状综述[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年05期
5 马北一;;AKD钢材打捆机压线辊压紧力的有限元分析[J];辽宁科技大学学报;2008年Z1期
6 周健,曾庆有;由桩底土蠕变引起的桩基沉降简易计算方法[J];地下空间;2004年03期
7 王海峰;范厚彬;周联英;;软粘土路基三轴蠕变特性试验及模型研究[J];地下空间与工程学报;2012年S1期
8 嵇国金,马奎,王磊;微纳操作器运动学分析[J];微纳电子技术;2003年03期
9 温庆荣,方跃法;一种新型4自由度并联机器人自由度分析[J];北方交通大学学报;2003年04期
10 姜虹;蔡永琳;王小椿;;一种并联机构结构误差识别与修正的新算法[J];北京交通大学学报;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡毅卿;陈思;王亲猛;;柔性四连杆机构的可靠性数值分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 阮久宏;荣学文;吴三友;;凿岩机器人液压系统ADRC控制器设计与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 孙立宁;李长峰;曲东升;刘彦武;;ICF精密并联机器人系统的研制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 胡英;吴德烽;;一种柔性检测机器人的运动学研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 冯志友;金国光;张策;杨廷力;;少自由度并联机器人机构逆动力学仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 朱正;刘士荣;张波涛;;一种基于改进蚁群算法的移动机器人全局路径规划方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
8 ;Mobile Robot Path Planning Based on Improved Ant Colony Optimization Algorithm[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 刘伟军;龙日升;;不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场影响的研究[A];第四届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2008年
10 任鸿频;胡月圆;;多学科优化设计与分析CAE软件二次开发及应用[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王成龙;复杂机电系统统一建模与仿真技术研究[D];山东科技大学;2010年
2 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 何非;装配制造系统复杂特性建模及其应用研究[D];华中科技大学;2010年
5 刘飞;四足机器人步态规划与平衡控制研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
7 张克涛;变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D];北京交通大学;2010年
8 陈家乾;移动机器人自主创建环境地图的研究[D];浙江大学;2009年
9 高贯斌;关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D];浙江大学;2010年
10 任彬;精密塑料注射成型装备产品数字化设计关键技术及平台构建[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
2 刘欣丽;液压支架双伸缩立柱承载特性研究[D];山东科技大学;2010年
3 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
4 张传晖;煤矿架空乘人装置的系统研究[D];山东科技大学;2010年
5 李志欣;智能轮式移动机器人的控制系统设计[D];辽宁师范大学;2010年
6 郭大杰;3-PRRRR移动并联机构自由度、约束奇异和运动学分析[D];浙江理工大学;2010年
7 王立;面向非结构化地形的六足步行机器人运动规划研究[D];浙江理工大学;2010年
8 蒋爱辞;基于离散元的土石混合料动力特性分析[D];郑州大学;2010年
9 赵进科;正交三自由度并联机构动力学分析[D];郑州大学;2010年
10 刘军;基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白志富,韩先国,陈五一;基于Lagrange方程三自由度并联机构动力学研究[J];北京航空航天大学学报;2004年01期
2 李黎;刘向东;侯朝桢;;Preisach逆模型补偿的压电陶瓷执行器自适应滑模控制[J];北京理工大学学报;2008年03期
3 王雪峰,吕汝信;水下航行体位置指示及打捞、回收新技术研究[J];船舶工程;2002年04期
4 于会涛;孙洪;马培荪;;基于伪刚体模型法的柔顺机构驱动特性研究[J];传动技术;2006年04期
5 黄真;并联机器人及其机构学理论[J];燕山大学学报;1998年01期
6 洪嘉振,尤超蓝;刚柔耦合系统动力学研究进展[J];动力学与控制学报;2004年02期
7 王远锋;杨雷;水小平;;多体系统中规则柔性板的离散建模方法研究[J];动力学与控制学报;2006年01期
8 肖红军;;3-RPR平面并联机器人工作空间研究[J];电子科技;2010年10期
9 冯贤桂;用奇异函数及拉氏变换求解阶梯梁的弯曲变形[J];重庆大学学报(自然科学版);1991年06期
10 吴鹰飞,周兆英;柔性铰链的设计计算[J];工程力学;2002年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贾宏光;基于变比模型的压电驱动微位移工作台控制方法研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
2 徐征;微操作系统中定位控制、人机交互和微量注射问题研究[D];大连理工大学;2003年
3 成尔京;基于知识仓库的虚拟产品协同开发技术研究[D];四川大学;2004年
4 张英;水下仿生拱泥机器人及其关键技术研究[D];武汉理工大学;2005年
5 节德刚;宏/微驱动高速高精度定位系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 李鸣鸣;大行程纳米定位系统若干关键技术研究[D];上海大学;2007年
7 纪华伟;压电陶瓷驱动的微位移工作台建模与控制技术研究[D];浙江大学;2006年
8 王栋;基于PC的虚拟样机集成仿真平台及其关键技术的研究[D];上海大学;2008年
9 王雯静;柔顺机构动力学分析与综合[D];北京工业大学;2009年
10 高振;空间三自由度并联/混联机构构型、性能与若干应用研究[D];中国科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王难烂;基于ANSYS程序的大型混凝土结构施工仿真[D];武汉理工大学;2002年
2 李燕;仿蚯蚓在土质环境下拱洞机器人的研究[D];西北工业大学;2004年
3 章旭君;仿壁虎机器人的机构设计与仿真[D];南京航空航天大学;2005年
4 戴坡;仿生机器鱼的控制系统设计与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 李季;基于虚拟样机技术的小型仿人机器人的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2005年
6 张锦荣;基于虚拟样机技术的四足机器人仿真研究[D];西北工业大学;2007年
7 谢祖强;微位移机电系统机械结构的设计与分析计算[D];合肥工业大学;2007年
8 罗红魏;两栖仿生机器蟹关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 康玉辉;基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人研究[D];南京理工大学;2007年
10 兰海英;微流体数字化细胞显微注射实验研究[D];南京理工大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李杨民;汤晖;徐青松;贠远;;面向生物医学应用的微操作机器人技术发展态势[J];机械工程学报;2011年23期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周擎坤;柔顺直线导向与缓冲机构设计问题研究[D];国防科学技术大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 史长虹,汪劲松;用于微电子制造的高速高精度运动系统关键技术[J];半导体技术;2003年03期
2 王国鸿,宁汝新;BOM可视化及其多视图的研究[J];北京理工大学学报;2001年04期
3 龚建伟,高峻尧,陆际联;轮式移动机器人大转向航向跟踪控制[J];北京理工大学学报;2001年06期
4 张富元,章伟艳,杨群慧;南海东部海域沉积物粒度分布特征[J];沉积学报;2003年03期
5 贾贤,任露泉,陈秉聪;土壤动物体表及仿生复合涂层的润湿性[J];材料研究学报;1996年05期
6 陈岳坪 ,罗意平 ,杨岳 ,王平安;Solid Works环境下冲模CAD三维标准件库的开发[J];锻压技术;2002年05期
7 张向东,赵德深,范学理;覆岩离层的计算机仿真[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2000年03期
8 殷跃平,张加桂,陈宝荪,康宏达;三峡库区巫山移民新城址松散堆积体成因机制研究[J];工程地质学报;2000年03期
9 王年香,魏汝龙;沿海软粘土取土质量的对比分析[J];工程地质学报;1994年02期
10 乌云,尚凤武;基于PDM的应用系统集成过程中BOM表的讨论[J];工程图学学报;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨叔子;熊有伦;管在林;杨文玉;;信息时代和网络条件下的制造业发展及其前景[A];新世纪科技与湖北经济发展——2001首届湖北科技论坛论文集[C];2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 谭立东;牧草高密度压捆过程的计算机分析与仿真[D];内蒙古农业大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张洪庆;;由汉诺塔游戏想到的汉诺塔简单非递归算法[J];农业网络信息;2008年06期
2 刘乐平;赵雯;;层次分析法在身份鉴别方案选择中的应用[J];数学的实践与认识;2010年11期
3 马传翔;杨名利;;双轮自平衡机器人的滑模变结构控制研究[J];微计算机信息;2011年01期
4 刘陶,邱望仁;关于数学建模多媒体课件开发的思考[J];景德镇高专学报;2003年04期
5 张新源;韩林;杨化斌;;对山地丘陵地形多点通视区域建模的数学方法[J];测绘科学技术学报;2006年06期
6 魏春艳;郎晓林;;MATLAB在数学建模中的应用[J];洛阳师范学院学报;2007年05期
7 宫婧;顾强;;用书本中的理论知识解决实际问题[J];陕西教育(高教版);2009年02期
8 刘金亨;陈今润;吕郁青;杨清丽;;基于LQR的一阶直线双倒立摆最优控制系统研究[J];自动化技术与应用;2009年05期
9 景妮琴;;浅谈数学建模在数据结构教学中的应用[J];山西师范大学学报(自然科学版);2010年S2期
10 林胜荣,林胜文;区间段的数学建模及编程技术[J];现代计算机;2000年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张硕;石俊娟;;关于数学建模与数学研究性学习的研究[A];全国高师会数学教育研究会2006年学术年会论文集[C];2006年
2 刘树清;;自然循环锅炉汽包壁温的数学模型与仿真[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年
3 安骥;王海清;;加筋海堤抗震性能的数学建模初步研究[A];全国第六届土工合成材料学术会议论文集[C];2004年
4 刘睿琼;;高职数学教学中融入数学建模[A];2011无锡职教教师论坛论文集[C];2012年
5 廉海荣;赵俊芳;褚宝增;;在“常微分方程”教学中融入数学建模思想的探讨[A];城市空间结构理论与资源型城市转型研究——中国科协第224次青年科学家论坛论文集[C];2010年
6 刘丽华;;建模中Lingo软件的快速掌握[A];第十一届中国青年信息与管理学者大会论文集[C];2009年
7 万萍;;高职数学建模活动模式的实践与探索[A];国土资源职教改革与创新[C];2009年
8 徐斌艳;Matthias Ludwig;;中德学生数学建模能力水平的比较分析——以中国上海和德国巴登符腾堡州学生为例[A];全国高等师范院校数学教育研究会2008年学术年会论文集[C];2008年
9 邓扬晨;章怡宁;郦正能;;复合材料中、长寿命区S-N曲线方程[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
10 田劲松;吴林;戴明;;弧焊机器人系统的编程分析及其数学建模[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 安徽大学数学与计算科学学院教授 陈华友;重视数学建模提高学生综合素质的作用[N];中国教育报;2008年
2 记者 王春;专家呼吁:将数学建模思想融入数学类主干课程[N];科技日报;2011年
3 全国大学生数学建模竞赛天津赛区组委会;实施数学建模教学工程 高效培养综合创新人才[N];天津教育报;2008年
4 山东省肥城市第一高级中学 王轶名;数学建模初探[N];学知报;2011年
5 阜宁县陈集中学 王军;浅谈高中数学建模与教学设想[N];学知报;2010年
6 王握文;数学建模,激活创新灵感[N];人民日报海外版;2002年
7 本报特约通讯员 谭超 李雪 本报记者 黄华敏;梁幼鸣和他的战争数学[N];解放军报;2002年
8 杨军/谭超/郭凯;梁幼鸣:智破6174猜想[N];科技日报;2003年
9 祝复兴;党支部的“三本账”[N];边防警察报;2010年
10 安勇 特约通讯员 徐亨通;“小能人”的创新故事[N];解放军报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 颜兵兵;拱泥仿生机器人系统设计及其虚拟样机研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
2 王岚;拱泥机器人的控制系统及路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
3 杨清梅;基于数据融合的拱泥机器人检测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 张英;水下仿生拱泥机器人及其关键技术研究[D];武汉理工大学;2005年
5 葛文杰;仿袋鼠跳跃机器人运动学及动力学研究[D];西北工业大学;2006年
6 俞志伟;双足机器人拟人步态规划与稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 张宇;虚拟心脏解剖及电生理数学建模[D];浙江大学;2009年
8 王运龙;自升式钻井平台方案设计技术研究[D];大连理工大学;2008年
9 朱立达;车铣加工中心动态特性及其加工机理的仿真与实验研究[D];东北大学 ;2010年
10 林涛;基于精确时钟协议的网络运动控制系统的研究[D];河北工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王彬;数学建模在中职研究性学习中的实践研究[D];东北师范大学;2010年
2 沈小青;数学建模教学模式论[D];福建师范大学;2003年
3 白建国;高中数学建模教学研究[D];内蒙古师范大学;2007年
4 刘连广;中学“数学建模”教学在贫困地区的实践与研究[D];贵州师范大学;2008年
5 王文娟;五年制高职数学建模初探[D];苏州大学;2008年
6 徐东旭;高中生数学建模水平的调查研究[D];东北师范大学;2009年
7 黄诚;新课程背景下高中数学建模教学研究[D];上海师范大学;2009年
8 范忠良;新课程标准视野下的数学建模研究[D];首都师范大学;2006年
9 张付喜;沿海成品油船技术经济论证[D];大连理工大学;2006年
10 程昆;空气处理机组的仿真与应用研究[D];西安建筑科技大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026