收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

一种紧急救援的带臂球形机器人的研究

史成坤  
【摘要】:球形移动机器人利用球形或类球形外壳作行走装置,将驱动机构和控制模块等都安装在全封闭的外壳内,以滚动运动为主要的移动方式。特殊的构型和运动方式使得球形机器人与传统移动形式的机器人相比具有很多独特的优势。 目前已有球形机器人实现了移动性能,不具备对外操作能力,无法在一些特定环境中完成复杂任务,这大大限制了球形移动机器人的发展。针对此问题,在现有球形移动机器人的基础上,提出了一种用于紧急救援的可从高空抛撒的带臂球形机器人,其融合移动机械手的特点可执行对外操作,同时加装降速缓冲机构,在某些极端无人环境中,可以借由人力或飞机从高空布撒至工作区域,进而执行搜救工作。这种机器人不仅具有球形移动机器人运动灵活的特性,更因其可伸缩臂在特殊的场合可兼做手臂及足使用,扩大了球形移动机器人的应用范围。 与传统的球形机器人相比,可从高空抛投的用于紧急救援的带臂球形机器人(BYQ-4)突破了全封闭结构,机构耦合度高,兼有非完整约束和欠驱动的特点,在理论研究上具有相当大的难度,球臂耦合的模型特点为球形机器人的建模及控制提出了新的挑战;而在高空布撒的工作需求下,其保护机构的保护能力成为机器人正常工作的前提。本论文的主要研究工作如下: (1)根据救援时某些极端环境下的高空布撒需求和带臂球形机器人的对外操作要求,制定带臂球形机器人和减震缓冲装置的结构设计方案,并分析其机构性能。 (2)根据带臂球形机器人的结构特点和各部分约束关系建立球臂耦合系统的运动学模型,并基于凯恩方程建立该系统的动力学模型,为进一步的实施控制策略和优化设计提供理论基础;通过分析机器人构型特点和运动特性,提出BYQ-4的性能评价指标,利用改进的遗传算法进行机器人的优化设计。 (3)分析带臂球形机器人的可控性,根据机器人的结构特点,将对外操作运动简化为“球体运动”和“抓取运动”的联合运动,详细分析这两部分的运动特点和控制方式,采用运动解耦式控制方法和“时间-状态”控制方法实现机器人本体的位置跟踪和姿态控制,进而实现机械臂末端的对外操作功能。 (4)深入研究关节摩擦、滑动摩擦、滚动摩阻等非线性摩擦对球形机器人运动性能的影响,并针对实际情况中的球壳不圆度问题,利用分段建模方法建立更为接近实际情况的球形机器人动力学模型;针对非理想因素的不可精确测量性和未知性,采用自适应机制矫正控制系统参数,实现稳定控制,最后通过仿真和实验结果验证了非理想条件下球体的运动特性以及自适应控制方法对于这种非理想模型的有效性。 (5)对作为载体和主要运动机构的球壳进行强度分析,针对地面行走和高空布撒两种工况,设计球形机器人的保护机构——网状球壳;借用牛顿-欧拉法分析网状球壳包覆下的球形机器人的运动特性,并进行样机实验,为改进球壳设计提供理论基础和实践经验。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴忻生,郭丙华,胡跃明;基于传感器的非完整移动机器人运动规划[J];控制理论与应用;2002年06期
2 唐华斌,王磊,孙增圻;基于随机采样的运动规划综述[J];控制与决策;2005年07期
3 龚德良;;机器人运动规划中的姿态建模方法研究[J];湘南学院学报;2008年05期
4 龚德良;黄炎焱;;机器人运动规划中的姿态空间建模方法研究[J];计算技术与自动化;2008年04期
5 林江;张竺英;;基于关节限位的自治水下机器人机械手系统运动规划研究[J];机械设计与制造;2009年02期
6 张奇志;周亚丽;;移动机器人运动规划的粒子群优化算法[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2009年04期
7 曾华;刘正权;;BP神经网络控制的多机器人运动规划[J];恩施职业技术学院学报(综合版);2004年03期
8 张文志;刘永生;李凌志;;腿轮混合机器人设计及其直线运动规划[J];机床与液压;2011年09期
9 丁汉;熊有伦;;机器人的计算机辅助运动规划和控制决策[J];制造业自动化;1990年01期
10 蔡胜利,白师贤;带冗余度并联机器人的特性分析[J];北京工业大学学报;1997年03期
11 程平,孙茂相,尹朝万,王艳红;基于分层控制的移动机器人最优运动规划[J];机器人;1997年04期
12 孙茂相,程平,王艳红,尹朝万,袁曾任;基于规则的移动机器人实时运动规划[J];控制与决策;1997年04期
13 马晨宇,李伟,陈祖舜,曹琦;基于行为的多自由度机器人运动规划[J];清华大学学报(自然科学版);1997年03期
14 吴勉,孙茂相;移动机器人在不确定性动态环境下的运动规划[J];机械设计与制造;1997年03期
15 王艳红,孙茂相;移动机器人规划中的人机交互系统[J];沈阳工业大学学报;1997年04期
16 张铭钧,张菁;基于遗传算法的水下机器人运动规划中 pareto 解的分析与处理[J];哈尔滨工程大学学报;1998年05期
17 李青湘,胡跃明,毛宗源;一类非完整系统的变结构控制运动规划[J];华南理工大学学报(自然科学版);1999年08期
18 蒙运红,傅祥志;两足步行机器人动态步行规划及仿真[J];华中理工大学学报;1999年03期
19 许海平,孙茂相,尹朝万;基于模糊神经网络的多移动机器人自学习协调系统[J];机器人;1999年04期
20 许海平,孙茂相;基于CMAC的多移动机器人智能运动规划[J];沈阳工业大学学报;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 史先鹏;张波涛;刘士荣;吴秋轩;;面向任务的冗余移动机械臂的运动规划[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 王红;周越;;移动机器人的分层式运动规划方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 张智焕;沈萌红;;欠驱动两足机器人的运动规划综述[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年
4 王艳红;杨宏;孙茂相;袁曾任;;移动机器人在非结构环境中的运动规划[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(下册)[C];1995年
5 郭丙华;胡跃明;吴忻生;;未知或已知环境中的非完整移动机器人运动规划[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
6 孙宁;方勇纯;马博军;;基于迭代策略的桥式吊车运动规划[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 徐德;景奉水;谭民;;基于Linux操作系统的开放式工业机器人实时控制研究[A];钱学森科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C];2001年
8 郭正雄;戈新生;;基于样条逼近的双刚体航天器姿态运动规划的优化算法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 丁越;付庄;朱俊青;蒋东升;赵言正;马培荪;;太阳能电池阵模块化自重构机器人模型的设计和运动仿真[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第五分册)[东南大学学报(增刊)][C];2009年
10 张奇志;周亚丽;;移动机器人运动规划的粒子群优化算法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第二分册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 史成坤;一种紧急救援的带臂球形机器人的研究[D];北京邮电大学;2010年
2 王会方;串联机器人多目标轨迹优化与运动控制研究[D];浙江大学;2011年
3 史先鹏;模块化移动机械臂运动规划与控制[D];华东理工大学;2010年
4 王平;空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 吴燕华;光镊在生物细胞自动化操作中的力学标定和运动规划[D];中国科学技术大学;2011年
6 张波涛;移动机械臂运动规划算法及其应用研究[D];华东理工大学;2012年
7 李刚俊;基于虚拟现实的冗余度机器人运动规划及仿真研究[D];西南交通大学;2001年
8 王文利;大射电望远望悬索式馈源支撑系统的运动规划、动态检测与控制[D];西安电子科技大学;2001年
9 梁喜凤;番茄收获机械手机构分析与优化设计研究[D];浙江大学;2004年
10 崔茂源;基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统研究[D];吉林大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 涂朝辉;飞行模拟器的运动规划与控制[D];燕山大学;2010年
2 董德礼;基于图形化编程的教学机器人研究与设计[D];上海交通大学;2011年
3 郭安庆;基于机器人的柴油机气缸盖堆焊技术开发[D];江苏科技大学;2010年
4 程卫卫;下肢行走康复训练机器人整体机构设计与运动分析[D];河南科技大学;2011年
5 唐磊;下肢康复训练机器人机械结构及控制策略设计[D];河南科技大学;2009年
6 姚立权;打磨机器人机电系统设计与研究[D];东北大学;2008年
7 杨晓光;机器人机械动力学系统的广义同步研究[D];东北大学;2007年
8 屈云涛;冲压机器人本体设计及机器人自主设计开发研究[D];燕山大学;2012年
9 杨扬;基于特种工件的大工作空间喷涂机器人设计与分析[D];北京交通大学;2012年
10 张晔;无人图书馆图书自动存取装置的设计与开发[D];北方工业大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘培香 史轶夫 刘治宇;我国机器人破短跑世界纪录[N];人民政协报;2009年
2 副院长 沈军;环境水利及我市环境水利展望[N];白银日报;2006年
3 陈永杰;中国最轻月球车诞生[N];北京科技报;2007年
4 ;上海研制成“月球车”样机[N];科技日报;2008年
5 本报记者 马艳红 军事医学科学院卫生装备研究所教授 张西正;机器人在医疗领域大显身手[N];中国医药报;2009年
6 记者 李丽云;哈工大机器人打破仿人短跑世界纪录[N];科技日报;2009年
7 本报特约记者 王握文;五硕士造“蛇”[N];科技日报;2001年
8 杨保国;中国科大研制的机器人会说话能干活[N];科技日报;2009年
9 化所;沈阳自动化所水下机器人两课题通过验收[N];中国船舶报;2010年
10 本报记者 李淼;探秘华中出版崛起之路[N];中国新闻出版报;2011年
中国知网广告投放
 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