基于模塊GZ-I的蛇形機器人運動性能研究.pdf

1、隨著人類生活和社會經濟的快速發(fā)展,如今,機器人的應用越來越廣泛,幾乎滲透到所有領域,因此機器人已經成了社會各個領域中無法取代的必要設備。模塊化蛇形機器人采用模塊化可重構的設計理念,能夠根據特殊的環(huán)境情況組合成不同的構型來完成相應的任務,非常適合于未知環(huán)境下的作業(yè)。模塊化蛇形機器人作為機器人領域中一個重要的分支,具有組裝非常多樣、魯棒性好、價格便宜等優(yōu)點,具有一定的優(yōu)越性。
　　 本文主要圍繞蛇形機器人機械結構的研究和設計,蛇形機

2、器人的控制原理及控制算法分析和蛇形機器人的運動性能,運動步態(tài)分析和運動曲線規(guī)劃等幾個熱點問題,展開了深入的研究。因此本文也主要對以下幾方面進行了研究:
　　 1.本文綜合國內外比較典型的蛇形機器人,對蛇形機器人的研究現狀及其結構特點進行了詳細分析,并提出了研究蛇形機器人的意義和應用價值。針對蛇形機器人的結構特點,本文中的模塊化蛇形機器人采用了具有多種連接方式和一維轉動自由度的GZ-Ⅰ單元模塊,模塊化的結構設計不但大大提高了蛇形機

3、器人的可維護性,而且多種連接方式使蛇形機器人的構型靈活多變,同時也大大降低了研制蛇形機器人的成本。
　　 2.研究了模塊化蛇形機器人的三種越障方法:直接舉起越障法、重心調整法,以及空間翻滾越障法。從構成蛇形機器人的GZ-Ⅰ單元模塊的越障能力入手,在此基礎上具體分析了整個蛇形機器人系統(tǒng)的越障能力。從理論上深入研究了三種越障方法的原理,在模塊直接舉起越障方法的基礎上采用了重心調整法對其越障能力進行了改進,并對蛇形機器人的爬高過程及其

4、步驟進行了詳細分析。最后通過實驗驗證了以上越障理論的可行性。
　　 3.研究了基于GZ-Ⅰ模塊的兩種線性結構的蛇形機器人:研究分析了Pitch型蛇形機器人的結構設計、運動原理以及運動步態(tài),并對運動步態(tài)的實現過程進行了詳細分析；同時也對兩模塊構建的P-P型機器人進行了分析,包括它的運動原理和運動步態(tài),并控制實現了它的運動步態(tài)。分別對這兩種結構的蛇形機器人運動波形傳遞過程中的數學模型進行了分析,通過研究比較波形傳遞過程中各個模塊轉軸

5、點的角位移、相位差、模塊個數和幅角等參數對運動位移和運動步態(tài)的影響,得出多模塊蛇形機器人的運動步態(tài)更加穩(wěn)定,運動曲線也更加平滑,同時也具有較強的環(huán)境適應能力等。此外還研究了Pitch-Yaw型蛇形機器人的結構設計、運動原理及其各種運動步態(tài)的實現。
　　 4.對應用在大多數蛇形機器人運動曲線規(guī)劃中的蛇形曲線Serpenoid曲線進行了詳細研究,分析了影響蛇形曲線形狀的控制參數,針對不同的運動形式,并根據MATLAB仿真實驗結果選取

6、了蛇形機器人蜿蜒運動、左右轉彎運動時最合理的控制參數值。在蛇形曲線軌跡規(guī)劃的基礎上,對本文設計的Pitch-Yaw型模塊化蛇形機器人的正弦運動曲線和左右轉彎運動曲線進行了仿真實驗。實驗結果證明該蛇形機器人能夠根據合理的控制參數值,實現正弦運動和左右轉彎運動等運動曲線,因此說明該蛇形機器人的模塊化結構是合理可行的。
　　 本文通過理論研究和實驗分析,將對未來模塊化蛇形機器人技術領域的研究提供一定的參考價值,尤其是對國內仿生類機器人