4SRRR足式爬壁机器人设计与分析

发布时间：2024-03-17 03:10

　　本文以4SRRR足式爬壁机器人为研究对象,针对船舶表面的攀爬问题,系统的从吸附装置、移动方式、步态规划、运动学分析、动力学分析、控制策略等多方面展开研究,对其工程应用与推广提供重要理论基础与技术支撑。首先,根据船舶表面为导磁性材料的特性,对几种不同的吸附方式进行了对比,选取了能耗最低,吸附最稳定的吸附装置,从越障、移动效率、控制难度等多方面考虑选取了最佳的移动方式,对最终选择的方案进行了结构分析,并对关键部位进行了静力学分析,考虑在壁面的移动情况,对机器人的步态做出了规划,并分析了机器人在行走时的稳定裕度问题。其次,对4SRRR足式爬壁机器人单腿分支及整体进行了运动学分析,分析了满足任务需求所需要的自由度数目,分析了单腿分支及整体在满足任务要求所需要的工作空间。再次,分析了采用了拉格朗日平衡法分析了摆动腿在无冲击时的动力学方程,并利用BP神经网络模型对动力学进一步分析,介绍了冗余驱动的几种控制策略,以及各自的优缺点,设计了摆动腿在与工作环境发生能量交互时的阻抗控制算法,对足式爬壁机器人结合实际工作采用不同的控制策略的优缺点进行了探讨。最后基于机器人仿真工具Robotics Toolbo...

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 爬壁机器人研究现状
    1.3 力柔顺控制研究现状
    1.4 课题研究内容
第2章 4SRRR足式爬壁机器人结构设计及步态规划
    2.1 引言
    2.2 总体构架设计
        2.2.1 移动方式分析与选择
        2.2.2 吸附装置分析与选择
        2.2.3 整体结构设计
    2.3 四足爬壁机器人整体步态规划
        2.3.1 步态相关定义的描述
        2.3.2 基本波动步态规划
        2.3.3 稳定裕度求解
    2.4 静力学分析
        2.4.1 四足爬壁机器人不下滑静力学分析
        2.4.2 四足爬壁机器人不后翻静力学分析
    2.5 有限元分析
    2.6 本章小结
第3章 4SRRR足式爬壁机器人运动学分析
    3.1 引言
    3.2 空间机构的运动副表示
    3.3 4SRRR足式爬壁机器人自由度分析
    3.4 4SRRR单腿分支运动学分析
        3.4.1 单腿分支正运动学求解
        3.4.2 单腿分支逆运动学求解
    3.5 4SRRR机构运动学分析
    3.6 工作空间求解
        3.6.1 单腿分支工作空间求解
        3.6.2 动平台位置工作空间求解
    3.7 本章小结
第4章 4SRRR足式爬壁机器人控制策略研究
    4.1 引言
    4.2 4SRRR足式爬壁机器人整体控制策略分析
    4.3 摆动腿动力学分析
        4.3.1 拉格朗日平衡法动力学分析
        4.3.2 基于MATLAB的 BP神经网络的动力学分析
    4.4 摆动腿柔顺性控制策略研究
        4.4.1 摆动腿未碰撞时控制策略研究
        4.4.2 摆动腿碰撞时控制策略研究
    4.5 支撑腿控制策略研究
    4.6 本章小结
第5章 4SRRR足式爬壁机器人仿真验证与样机研制
    5.1 引言
    5.2 基于MATLAB Robotics Toolbox工具箱的仿真验证
        5.2.1 Robotics Toolbox操作介绍
        5.2.2 基于Robotics Toolbox工具箱单腿分支运动学仿真验证
    5.3 4SRRR足式爬壁机器人样机研制及选型
    5.4 摆动腿柔顺性控制实验验证
    5.5 支撑腿冗余驱动实验验证
    5.6 本章小结
结论
参考文献
附录
    单腿分支位置工作空间求解程序
    位置工作空间求解程序
    阻抗控制轨迹生成程序
    阻抗控制程序
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3930419