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仿生机器蟹机构模型及控制系统研究

本文围绕研制一台以河蟹为生物原形的多足仿生机器人这一目标,对机器人机构本体设计、几何模型的建立、模型的运动学和动力学分析、及运动控制系统的搭建等进行了研究。首先,在建立机器蟹生物模型的基础上,综合分析了常见的多足步行机器人关节形式和驱动方式。总结以往设计中的缺陷,并综合考虑多足机器人灵活性要求,设计了机器蟹本体结构方案,进行了机构分析。其次,阐述了机器蟹步行的特点,建立了单腿步行足的几何模型,运用D-H坐标法得到其运动学的正反解。对着地腿与地面形成的并联机构进行了运动学分析,运用并联机构影响系数的分析方法,得到身体平台的速度与各关节转角速度之间的关系式。同时,用Matlab中的Simulink模块对身体平台稳定横向运动进行了运动仿真,并对前行时的运动特点进行了分析。用牛顿欧拉公式和Morison公式对单腿步行足在水中受力情况做了分析。对机器人运动时的占空系数及其静态稳定性区域的判定问题进行了讨论。此外,根据机器蟹控制性能的总体要  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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两栖仿生机器蟹模型建立与步行足协调控制技术研究

随着机器人技术的发展,机器人不仅在工业上应用广泛,而且在军事、海洋开发、科学探险、抢险救灾等领域开拓新的应用。特别是用于危险环境的特种机器人得到飞速的发展,如:水下机器人、壁面清刷机器人、管道机器人,军用侦察机器人、扫雷机器人、空中侦察机器人等。本论文研究内容是国家自然科学基金项目“两栖仿生机械蟹基础技术研究”(批准号:60175029)课题的一部分。论文研究内容是针对浅滩登陆侦察、排雷、科学探险等恶劣环境下需求提出的。通过对比分析得出海蟹是研究浅滩水陆两栖、高灵活仿生机器蟹理想的生物原型。在对生物原型的分析的基础上,给出了两栖仿生机器蟹的机构形式和组成原则,包括两栖仿生机器蟹本体结构,8条腿结构,单腿各关节之间的比例关系,并建立了数学模型。提出两栖仿生机器蟹步行足关节采用了螺旋伞齿轮的传动方式,将伺服电机输出的旋转运动减速并改变输出轴方向,合理的解决了电机沿腿长度方向分布和关节转轴空间角度的问题,并且体积小、效率高。同时对采用...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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仿生机器蟹步行机理分析及控制系统研究

由于机器人具有可靠性高、适应性强、功能强大的特点使其成为执行高危险军事任务的理想平台,具有两栖功能的军用机器人更是该领域研究的前沿课题。本课题来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机器蟹基础技术研究”,主要研究内容是机器蟹样机总体方案和控制系统设计以及步行机理分析和步态控制方法。首先论文对国内外相关研究的现状以及近年来多足步行机步态研究方面的文献进行了综述。通过对螃蟹步足结构的仿生抽象,建立了蟹足机构模型,优化设计出了步行足的结构参数,在此基础上进一步设计出了仿生机器蟹样机的机械本体结构。然后根据两栖仿生机器蟹控制系统设计的总体要求,在对两栖仿生机器蟹行为分解的基础上提出了多层多目标递阶分布式的总体控制框架,在该框架基础上选择DSP作为核心控制器件建立起了整个系统的硬件结构并进行了整个控制系统的设计。对仿生机器蟹的单足轨迹规划问题进行了研究,提出了多项式逼近的轨迹规划算法,给出了摆动相和支撑相时足尖点轨迹关于时间的多项式表达式。针...  (本文共186页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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仿生机器蟹两栖步行机理与控制方法研究

本文来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机器蟹基础技术研究”,主要研究内容是机器蟹样机总体方案和控制系统设计以及两栖步行机理和基于复杂障碍环境行走的控制方法。在开篇论文对国内外相关研究的现状以及近年来多足步行机结构设计、控制方案以及步态机理研究方面的文献进行了综述。围绕研制一台以河蟹为生物原形的多足仿生机器人这一目标,对机器人机构本体设计、几何模型的建立、变结构力觉传感器的设计、两栖运动学模型和动力模型进行了分析,以及运动控制系统的搭建,基于力觉反馈的障碍物反射控制的进行了研究。对机器蟹组成进行了总体的介绍。首先,在建立机器蟹生物模型的基础上,综合分析了常见的多足步行机器人关节形式和驱动方式。总结以往设计中的缺陷,对蟹足的结构进行了改进,并综合考虑多足机器人灵活性要求,设计了机器蟹本体结构方案、对蟹足进行合理的仿生布置,在此基础上进行了机构分析。这对密封方案的要求,两栖仿生机器蟹采用了整体式柔性腔体密封,根据两栖仿生机器蟹的本体...  (本文共193页) 本文目录 | 阅读全文>>

《机械设计与制造》2006年09期
机械设计与制造

新型仿生六足机器人步行足运动学分析与研究

通过对六足步行机器人步行足的运动学分析,按照坐标系的建立原则,选取机构中的转动副作为关节变量,推导出各关节的广义变换矩阵,得...  (本文共3页) 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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仿生机器蟹原理样机的研究

随着仿生学、微电子机械系统技术(MEMS)、高密度信息处理技术和集成控制技术的飞速发展,微小型仿生机器人以其隐蔽性强、功耗小、成本低廉、便于部署的优点正日益成为军用机器人研究热点。本课题来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机器蟹基础技术研究”,希望建立一个对复杂地形高度适应、性能可靠、体积小巧、并具有两栖环境下活动能力的小型移动机器人平台。本论文主要研究内容包括仿生机器蟹的总体方案设计、机械机构和驱动控制层的设计的实现及其功能的验证。依据系统总体方案,重点对总体机械结构、运动学动力学分析、基于ARM处理器和MSP430单片机的运动控制系统等内容开展了研究。1.改进以往的设计方案的不足,设计了全新的仿生机器蟹方案并对其机构模型进行了运动学和动力学的分析;制定了以具有ARM7内核的SW4480为核心的协调控制层和以MSP430f1222为核心的驱动控制层的双层控制方案;围绕MSP430f1222单片机和电机驱动芯片L6201(Pow...  (本文共86页) 本文目录 | 阅读全文>>