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全方位小型足球机器人运动特性分析

作　者: 于华玉
导　师: 梁延德
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 小型足球机器人全方位运动特性模糊优选
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 214次
引　用: 4次
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内容摘要

小型足球机器人的特点为：“实时采集，实时控制，实时行动”，这就要求机器人在赛场上具有优异的运动性能。运动是足球机器人最重要的功能，因此如何使足球机器人的运动性能最佳是进行车身和运动机构设计的首要因素，研究运动特性不仅对机器人车体结构优化设计具有一定的指导意义，而且对运动控制也有较为重要的参考价值。全方位小型足球机器人有可能实现车体在平面内沿任意方向的平动或最短路径上的快速移动，而成为近年来小型足球机器人研究的热点。但全方位足球机器人在走直线时，需要各轮的协调运动，耗能较大，需对其进行优化。针对这些问题，本论文主要工作如下：(1)阐述了国内外小型足球机器人的研究现状，提出了本文的研究内容和需要解决的问题。(2)对几种典型的全方位轮优缺点进行了比较，并选择单排全方位瑞士轮作为新型全方位轮的设计目标。(3)建立了理想状态下三轮和四轮全方位足球机器人的运动学和动力学方程，通MATLAB仿真对二者进行了最大速度和最大加速度比较。(4)建立了n轮全方位机器人的运动学和动力学方程，以四轮全方位机器人为例，采用序列二次规划法(SQP)，研究了各轮的协调运动，得出了机器人所需最小牵引力随轮轴间夹角的变化规律，为新型全方位轮式机器人的运动控制提供了一定理论指导。(5)对对称布局的四轮全方位机器人，取其四分之一象限进行了各方向牵引力优化。以优化结果作为目标矩阵，运用模糊优选模型对四轮全方位小型足球机器人结构布局方案进行了选择，并将所得结论应用于新型足球机器人结构优化设计中。(6)进一步讨论了车体制造误差导致的机器人重心和几何中心不重合，加速过程中产生的机器人车体重心偏移以及重心高度等因素对运动状态的影响，为实际车体机构设计提供了一定理论参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-13
    1.1.1 足球机器人简介  9-11
    1.1.2 RoboCup小型组足球机器人比赛简介  11-13
  1.2 国内外的研究现状  13-15
    1.2.1 足球机器人的研究现状  13
    1.2.2 RoboCup小型组足球机器人的研究现状  13-15
  1.3 研究意义  15-17
    1.3.1 RoboCup小型组足球机器人的研究意义  15
    1.3.2 RoboCup小型组足球机器人的研究难点  15-16
    1.3.3 课题的研究意义  16-17
  1.4 小结  17-18
2 RoboCup小型足球机器人全方位轮设计  18-33
  2.1 轮式足球机器人的运动方式  18-20
    2.1.1 两轮驱动方式  18-19
    2.1.2 全方位驱动方式  19-20
    2.1.3 轮式足球机器人运动方式的选择  20
  2.2 全方位轮介绍  20-27
    2.2.1 单个全方位轮  21
    2.2.2 组合全方位轮  21-25
    2.2.3 各种全方位轮的优缺点分析  25-26
    2.2.4 全方位轮的选择  26-27
  2.3 全方位轮具体设计参数  27-31
    2.3.1 理论分析  27-29
    2.3.2 材料测试  29
    2.3.3 全方位轮结构参数的确定  29-31
  2.4 小结  31-33
3 理想条件下全方位机器人的运动特性  33-63
  3.1 理想条件下全方位机器人的坐标转换  33-34
  3.2 三轮全方位机器人运动特性分析  34-39
    3.2.1 三轮全方位机器人运动学和动力学模型  34-36
    3.2.2 机器人车体轮轴间夹角变化对运动状态的影响  36-39
  3.3 四轮全方位机器人运动特性分析  39-44
    3.3.1 四轮全方位机器人运动学和动力学模型  39-41
    3.3.2 车体轮轴间夹角对四轮全方位机器人运动状态的影响  41-44
  3.4 三轮和四轮全方位足球机器人运动特性的比较  44-47
    3.4.1 三轮和四轮机器人最大速度比较  44-46
    3.4.2 三轮和四轮机器人最大加速度比较  46-47
    3.4.3 轮数的选择  47
  3.5 n轮全方位机器人的运动学和动力学模型  47-49
  3.6 牵引力优化算法  49-50
  3.7 试验分析  50-61
    3.7.1 算法比较  50-51
    3.7.2 机器人正向牵引力的优化  51-55
    3.7.3 机器人横向牵引力的优化  55-57
    3.7.4 综合变化比较  57-59
    3.7.5 机器人布局的选择  59-61
  3.8 小结  61-63
4 非理想状态对全方位机器人运动状态的影响  63-77
  4.1 几何误差对运动状态的影响  63-68
    4.1.1 质心偏移模型的建立  63-65
    4.1.2 牵引力的优化  65
    4.1.3 试验分析  65-68
  4.2 四轮全方位机器人空间运动学和动力学模型  68-74
    4.2.1 模型的建立  68-72
    4.2.2 试验分析  72-74
  4.3 加速过程中重心偏移对运动状态的影响  74-75
  4.4 不打滑条件  75
  4.5 小结  75-77
结论  77-78
参考文献  78-80
附录A 单排全方位轮CAD设计图  80-82
附录B 序列二次规划程序  82-85
附录C 模糊优选模型  85-90
附录D 模糊优选模型计算程序  90-92
附录E n_1+n_3=n_2+n_4的推导  92-93
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  93-94
致谢  94-95

全方位小型足球机器人运动特性分析

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