攀爬蛇形机器人研究.pdf

攀爬蛇形机器人的研究摘要蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支,至今已有数十台蛇形机器人样机问世。这些样机能实现蜿蜒爬行、侧滑、翻滚、避障等二间中的运动能力。尤其近几年研制的一些蛇形机器人样机,其功能更加松和灵活地附着于攀爬对象外壁。接着对攀爬蛇形机器人爬树的基本姿维平面运动,大部分已经具备抬头、,有的已经能够垂直攀爬到数米的高度。目前实现的攀爬分为两种,内攀爬和外攀爬。内攀爬是在攀爬对象内部进行的,如管道内部、两面墙之间,蛇形机器人通过将竖直的身体横向变形成支架状撑住攀爬对象内壁,然后采用在平面中的履带传动、蠕动、翻滚等运动方式上下移动。外攀爬是沿攀爬对象外壁进行的,蛇形机器人通过缠绕附着在攀爬对象外表面,然后采用一定的步态上下攀爬。内攀爬对于大部分蛇形机器人比较容易实现,而外攀爬与蛇形机器人的结构和外形设计有很大关系,既要求其具备灵活的三维运动能力,又要求能够附着在攀爬对象上而不下落。国内外目前仅见有一个实现外攀爬的实验,而关于外攀爬的理论研究,更是一片空白。本论文即面向这一课题进行初步探讨,针对研发在垂直外攀爬方面有较大优势的攀爬蛇形机器人,提出一种新的构架模式,基于此种构架模式的攀爬蛇形机器人结构简单、便于控制,能够更为轻态进行静态平衡机理分析,为攀爬蛇形机器人样机的研制和攀爬对象的选择提供理论依据。然后以平面蠕动步态为基础为其规划一种空间中的蠕动步态,并对这一步态进行运动机理分析,给出运动波传递的运动方程,基于此运动方程,攀爬蛇形机器人能够实现在树干上的攀爬。摹怠蛇彤机暑人的研究中文抽要第
翅虾=煌ù蠹本文主要研究内容如下:岢鲆恢中滦偷摹⒕弑附洗笕榛钚缘摹⒛?榛闹葱械ピ5慕针对目前相关领域研究蛇形机器人样机所存在的问题,以平行连接和正交连接为基础,提出一种甊模块设计,其结构与平行或正交连接相似,而一个甊模块与一个万向节的工作空间相当。以甊模块方式交连接的蛇形机器人,在功能上,又相当于万向节连接的蛇形机器人,此种构架模式的攀爬蛇形机器人结构简单、便于控制,能够更为轻松和灵活地附着于攀爬对象外壁,在垂直攀爬方面有独特优势。耘逝郎咝位魅嗽谑鞲缮系牟婆逝蓝鹘芯蔡胶饣硌够实现爬树功能。仓共圃谑鞲缮纤纬傻牡染嗦菪颂瞧渑树动作的最基本姿态。构设计。连接的蛇形机器人,既可以作为平行连接的蛇形机器人,又可以作为正但是,其结构与控制却很简单,比真正的万向节更容易实现。因此基于究。基于甊模块的攀爬蛇形机器人哂薪虾玫娜榛钚裕针对等距螺旋轨迹进行分析,得到该轨迹的螺旋倾角与各关节转角之间的关系,这样,在实际应用时,只要知道谔囟ㄔ仓暇止缠绕形成的螺旋线的倾角口,则通过控制各关节的转角,可令成相应的形状静止附着于圆柱表面。针对仓共圃谑鞲缮纤锏降牧ρ胶饨醒芯浚玫紺和树干的所有参数之间的函数关系,并分别进行两两关系的分析,得到各参数的边界值,为攀爬蛇形机器人样机的制作和攀爬对象的选择提供了理论依据。圆婆逝蓝鹘胁教婊博士季位论文第讧页
三连杆蠕动步态对于攀爬蛇形机器人唇玻且恢侄骷虻ァ圆婆逝蓝鹘性硕硌芯俊采用三连杆组成的蠕动步态作为朗魇钡牟教逝乐薪鯬关节参与运动波的传递,本文规划了整个三连杆运动波的传递过程,并给出运动过程中各关节位置和转角的状态。在运动波传递过程中,从一个等距螺旋位置到达下一个等距螺旋位置,二者倾角相同,但不重合,仁峭ü桓龈鑫恢帽浠皇迪窒蛏吓逝馈便于控制、稳定性强、适用环境广泛以及节能的步态。针对诳占渲械娜巳涠教捎盟牧嘶苟圆ㄐ未ǖ过程进行研究,给出组成运动波形的各连杆间空间夹角之角位移问的关系、各角位移相对变化率、运动波初始角的确定以及步长。通过仿真图形分析得知在攀爬过程中,各空间角角速度变化平稳,是适合逝赖牟教捎诓菩纬傻氖强占浣牵也斡朐硕ù递的只有亟冢湓硕ㄐ纬傻乃牧嘶怪懈骷薪遣荒芟裨谄矫嬷一样任意取值,各角度只有在某个特定的区域内变化,才能保证三连杆运动波的顺利传递。抡嬗胙笛椤通过姆抡婧蜕咝位魅搜氖笛椋橹ど鲜鲅芯拷峁的正确性。本文针对能够实现外攀爬的攀爬蛇形机器人从结构设计的优化到攀爬行为的实现进行了较为全面和深入的研究,为该课题更深更广层次的研究提供了有利的参考。关键词:攀爬蛇形机器人,外攀爬,甊模块,静态平衡,步态规划,运动机理摹爬蛇形机器人的研完中文摘要第
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