面向行星表面探測的蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制研究.pdf

1、行星表面探測是一項偉大而艱巨的任務(wù)，通過探測行星表面來研究其地質(zhì)特性和周圍環(huán)境，探索和研究行星系統(tǒng)的演變過程，可為未來人類開發(fā)和運用行星資源奠定基礎(chǔ)。行星表面地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，多崎嶇路況，傳統(tǒng)機(jī)器人質(zhì)量及體積大，運動自由度少，難以適應(yīng)行星表面環(huán)境，而蛇形機(jī)器人為超冗余機(jī)器人，運動靈活且重心低，適合于在崎嶇路況或狹小空間中探測應(yīng)用。本文面向行星表面探測的需求，設(shè)計兩種不同的蛇形機(jī)器人構(gòu)型，開展運動學(xué)分析及步態(tài)規(guī)劃，并研制樣機(jī)，開展實驗研究。<

2、br>　　根據(jù)應(yīng)用需求，確定蛇形機(jī)器人的功能及性能指標(biāo)要求，設(shè)計了兩種蛇形機(jī)器人構(gòu)型及相應(yīng)的模塊化關(guān)節(jié)，即模塊化單自由度關(guān)節(jié)和模塊化雙自由度球形關(guān)節(jié)，前者關(guān)節(jié)力矩直接輸出控制簡單，后者關(guān)節(jié)力矩經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)輸出，關(guān)節(jié)驅(qū)動能力有所增強(qiáng)。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)具體的情況，采用相應(yīng)的構(gòu)型和關(guān)節(jié)。為實現(xiàn)蛇形機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃及運動控制，采用D-H法對所設(shè)計的兩種構(gòu)型進(jìn)行運動學(xué)建模；通過對生物蛇運動形式的分析，并結(jié)合設(shè)計的構(gòu)型，規(guī)劃了蛇形機(jī)器人的蠕動步態(tài)

3、、滾動步態(tài)及Serpenoid曲線步態(tài)，并編寫規(guī)劃軟件程序進(jìn)行步態(tài)仿真，驗證了理論推導(dǎo)及規(guī)劃算法的準(zhǔn)確性。控制系統(tǒng)是蛇形機(jī)器人運動控制的核心，本文以ARM處理器為核心，基于模塊化思想設(shè)計并開發(fā)了蛇形機(jī)器人的嵌入式硬件控制器，軟件系統(tǒng)移植了實時操作系統(tǒng) uc/os-ii，利用其靈活的任務(wù)調(diào)度機(jī)制，通過編寫任務(wù)控制函數(shù)實現(xiàn)了多任務(wù)的管理。
　　基于上述工作，完成了兩種構(gòu)型蛇形機(jī)器人樣機(jī)的機(jī)械加工、組裝及調(diào)試，并以其中一款樣機(jī)進(jìn)行了不同