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一种具有空间关节的蛇形机器人系统设计与实现

林永光  
【摘要】:蛇形机器人由于具有很高的运动稳定性和环境适应能力等特点,适合于在水下地下管道、凹凸不平的地面等特殊的环境中工作,开始受到国内外学者的广泛关注,因而成为机器人领域的一个新的研究热点。而欠驱动蛇形机器人由于动力学的耦合,能够使被动关节产生特定的运动,从而实现类似于生物蛇的优美、自然的动作。本文先对第一台空间机构蛇形机器人进行运动学分析,接着对蛇形曲线进行了轨迹规划。又重新设计、研制出第二台具有欠驱动关节的蛇形机器人,两台蛇形机器人实现了运动控制。 首先,论文分析了第一台蛇形机器人的空间机构并对该蛇形机器人进行位置分析、速度分析和角速度分析。得到关节夹角、角速度、角加速度和相应电机转角、角速度、角加速度之间的关系。 其次,论文通过蛇形曲线轨迹规划对不同的蛇形机器人运动方式选取合理的蛇形曲线参数值,并且根据蛇形机器人实际情况,编写MATLAB程序进行蜿蜒、向左转向、向右转向运动仿真及这三种运动过程等仿真。 再次,论文在分析了蛇形机器人的运动的基础上通过运动控制使第一台蛇形机器人实现更多的运动方式,并介绍了第二台具有弹性储能关节的欠驱动蛇形机器人的系统集成和运动轨迹规划。 最后,论文利用影响系数法和牛顿-欧拉法分析了RPR串联机构动力学逆问题并得到其运动学参数和动力学参数,并编写MATLAB程序得到相应结果。 论文的理论分析和实验工作为蛇形机器人进一步研究提供了参考。研制的欠驱动蛇形机器人进一步丰富了欠驱动理论的应用。


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7 本报特约记者 王握文;五硕士造“蛇”记[N];解放军报;2001年
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