收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

履带可变角度的关节式移动机器人技术研究

宗成国  
【摘要】:履带式移动机器人在灾场搜救、星球探测、军事勘察和反恐防暴等非结构环境领域得到了广泛应用。鉴于该类机器人广阔的应用前景及技术上的挑战性,使其已经成为机器人领域的研究热点和难点。如何提高履带式移动机器人在复杂环境中的越障稳定性、全地形通过性和抗振抗击性等,目前则成为与该机器人相关的研究关键和前沿问题,也是涉及该类机器人能否成熟应用的根本问题。因此,本文提出了一种具有新结构的关节式履带可变角度的移动机器人,并对机器人履带与地面相互作用机理、质心运动学及动力学建模、越障动作规划、典型地形越障稳定性分析和基于多传感器信息融合的避障技术等方面展开了深入研究。论文首先提出一种关节式双履带可变角度的移动机器人机构的实现方法,采用该技术方法的机器人本体通过旋转关节来连接前、后两部分,当机器人遇到台阶、楼梯等障碍物时,前、后两部分可通过旋转关节的相对运动来调整机器人的本体姿态,从而使机器人具有良好的全地形通过性和越障稳定性。针对机器人越障时履带容易发生松弛或脱落的问题,又提出了一种履带压紧被动伺服调节方法,该方法巧妙利用关节动作时履带变角度所产生的力之间的相互作用关系,使履带上的齿在履带运动过程中能很好地啮合在带轮上,从而有效地避免了上述问题的产生。针对机器人与地面的交互问题,建立了基于计算地面力学的履带与地面相互作用数学模型,将机器人履带分为驱动轮履带、从动轮履带和中间空载履带三部分,根据其对地面加载、卸载、再加载的工作过程进行了深入的分析,推导了不同的数学模型,并通过整合给出了较完整的履带模型。此外,研究了履齿结构参数对履带牵引力的影响,分析了多种路面对履带牵引参数的作用机理和影响规律。针对质心位置在机器人越障过程中所起到的关键性作用,建立了基于机器人运动学和质心坐标公式的质心运动学模型,利用该模型讨论了机器人跨越台阶的越障动作规划、质心位置、机器人仰角及前壳体摆角对机器人越障性能的影响,导出了机器人跨越垂直障碍的最大越障高度计算公式。此外,机器人在越障过程中会不断地调整前部壳体的姿态以适应地形的变化,此时机器人的质心位置也会发生变化,从而影响机器人越障的稳定性。针对上述问题选择了机器人攀越二维崎岖地面、斜坡和楼梯三种典型地形为研究对象,对机器人越障时的静态稳定性进行了研究和分析,建立了基于牛顿欧拉法的机器人越障动力学模型,并给出了机器人移动平台与楼梯台阶一点、两点及三点接触时的动态稳定性判别方法。针对履带式移动机器人复杂、恶劣的工作环境,构建了基于多传感器检测和信息融合处理的机器人避障系统。通过分析机器人差速移动运动学模型,以及超声波测距传感器、红外传感器测距原理和电子罗盘测角原理,提出了基于扩展卡尔曼滤波的多传感器信息融合方法和基于模糊神经网络控制的机器人避障算法。最后将该关节式双履带移动机器人进行了几种地形上的通过性实验、越障稳定性实验、复杂地面适应性实验和避障实验等,实验表明了论文的理论分析、技术方法和手段的正确性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 俞竹青,那须康雄;超声波网络导航中移动机器人的位置计算[J];机器人技术与应用;2002年03期
2 唐钟,李磊民,吴坚;合作围捕移动机器人小队的队形控制[J];攀枝花学院学报;2002年04期
3 徐潼,唐振民;动态环境中的移动机器人避碰规划研究[J];机器人;2003年02期
4 李庆忠,顾伟康;移动机器人道路图像的快速分割方法[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2003年05期
5 孟宪松,张铭钧;一种基于行为效用理论的多移动机器人编队协调方法[J];机器人;2003年06期
6 张文志,吕恬生,王乐天;进化学习模糊规则实现移动机器人的自适应导航[J];上海交通大学学报;2004年01期
7 蔡自兴,邹小兵;移动机器人环境认知理论与技术的研究[J];机器人;2004年01期
8 司现军,王志良;移动机器人多传感器信息融合技术综述[J];机电工程;2004年02期
9 吕永刚,谢存禧;移动机器人的导航与路径规划的研究[J];机电工程技术;2004年01期
10 毛小锋,曹志强,谭民,黄琳;多移动机器人圆形队列形成算法[J];系统仿真学报;2004年04期
11 邹小兵,蔡自兴,孙国荣;基于变结构的移动机器人侧向控制器的设计[J];中南大学学报(自然科学版);2004年02期
12 苏治宝,陆际联,童亮;一种多移动机器人协作围捕策略[J];北京理工大学学报;2004年05期
13 彭生祥,李凯;多移动机器人编队行进中的行为分解[J];北京服装学院学报;2004年01期
14 黄春艳,杨国胜,侯艳丽;移动机器人门牌号识别算法研究[J];河南大学学报(自然科学版);2004年02期
15 王栋耀,马旭东,戴先中;基于声纳的移动机器人沿墙导航控制[J];机器人;2004年04期
16 乔凤斌,杨汝清;非确定环境下移动机器人多传感器系统及信息处理(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2004年03期
17 邹小兵,蔡自兴;非完整移动机器人道路跟踪控制器设计及应用[J];控制与决策;2004年03期
18 陈永刚,王富东;一种实用的移动机器人及其路径规划策略[J];苏州大学学报(工科版);2004年05期
19 陈军,邓宗全,姜生元,孙东昌;管内移动机器人中的转向机构设计技术[J];机械设计;2004年10期
20 王文博,慕强,孙晓民;基于视频的移动机器人的路线识别及定位系统[J];机器人技术与应用;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李书杰;韩盛;陈宗海;;基于环境剖分的移动机器人层次地图[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年
2 李伟;江晓佳;王彦昕;王永强;;基于模糊逻辑推理的室外移动机器人道路边沿抽取的方法[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
3 杨毅;付梦印;孙常胜;王美玲;赵诚;;移动机器人航迹跟踪控制律设计与仿真平台开发[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 杨杰;李世华;;非完整移动机器人的集合镇定控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 王斐;魏巍;吴成东;;未知动态环境下的多移动机器人协作围捕[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
6 王鹏;李书杰;陈宗海;;基于概率灰数的移动机器人推理与定位[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
7 谭慧琼;胡跃明;韦岗;徐建闽;;非完整移动机器人的学习控制算法[A];'99系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];1999年
8 李俊泉;尹怡欣;;基于心理动力机制的移动机器人[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
9 安红梅;蓝金辉;张朝晖;王志良;;移动机器人的无级调速系统研究[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
10 程磊;俞辉;吴怀宇;王永骥;;一类有序化多移动机器人群集运动控制系统[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高荣山;μClinux环境下嵌入式系统在移动机器人上的研究与应用[D];中国海洋大学;2005年
2 戈新良;基于多种传感器信息融合的移动机器人的环境辨识[D];河北工业大学;2003年
3 阮国强;移动机器人无线编程遥控系统[D];华中科技大学;2006年
4 董彩玉;移动机器人自主导航与定位技术[D];河北工业大学;2007年
5 汤永红;多运动状态的移动机器人结构设计及仿真[D];河北工业大学;2007年
6 赵吉涛;基于嵌入式系统的移动机器人数字路标识别[D];燕山大学;2012年
7 曹国超;不同路况下移动机器人的运动分析及其跟踪技术[D];河北工业大学;2013年
8 涂俊杰;多变环境下移动机器人智能控制方法的研究[D];北方工业大学;2014年
9 倪晓清;基于视觉与激光的移动机器人环境识别研究[D];苏州大学;2013年
10 姚辰;基于视觉的移动机器人人体检测算法研究[D];武汉理工大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 本报记者 刘一博 张雯婧;“蓝领之王”是怎样炼成的[N];天津日报;2013年
2 通讯员 张婵记者 毕玉才 苗家生;国产机器人将首次登上南极[N];光明日报;2007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
  • 010-62982499
  • 010-62783978