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八足仿蟹机器人运动协调控制及仿真分析

作　者: 宋怀超
导　师: 刘小成
学　校: 华东理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 八足仿蟹机器人旋量理论运动控制路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

根据多足步行机器人具有运动灵活、越障能力强、可以适应复杂环境等特点,本文以生物螃蟹作为原型,进行仿生研究。在对多足步行机器人应用前景和国内外发展状况等内容进行综述的基础上,分析了目前多足步行机器人的主要研究内容。基于旋量理论对八足仿蟹机器人进行运动学及动力学的分析,并得出其运动学和动力学模型。然后设计并运用反演自适应模糊控制器对步行足进行控制,使其输出可以实现很好的跟踪。分析生物河蟹的结构及运动特点,并在Pro/E中建立三维模型,通过Mechanical/Pro导入动力学分析软件Adams中,在添加约束、驱动、接触力后,对八足步态进行协调仿真分析,得到其运动位移、角速度、作用力、力矩、能量消耗等参数值。对单个和多个运动参数进行优化分析,使步行机器人在满足一定的越障能力和运行速度的情况下,使关节能量消耗最低。最后对步行机器人的路径规划技术进行研究,并提出了一种改进的可视图路径规划方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景和应用前景  9-11
  1.2 文献综述  11-16
    1.2.1 多足步行机器人发展概况  11-14
    1.2.2 多足步行机器人主要研究内容  14-16
  1.3 本文的研究工作和结构安排  16-18
第2章基于旋量理论的仿蟹机器人运动学及动力学分析  18-32
  2.1 仿蟹八足机器人结构分析  18-20
    2.1.1 生物河蟹的结构分析  18
    2.1.2 仿蟹八足机器人模型的建立  18-20
  2.2 步行机器人旋量理论分析  20-23
    2.2.1 李群的定义  20-21
    2.2.2 三维旋转群的李代数  21
    2.2.3 刚体转动与旋转群SO(3)  21-22
    2.2.4 步行机器人关节旋转的指数坐标  22-23
    2.2.5 旋量与刚体运动  23
  2.3 仿蟹机器人正向及逆向运动学分析  23-28
    2.3.1 机器人正向运动学指数积  23-24
    2.3.2 八足仿蟹机器人正向运动学分析  24-26
    2.3.3 机器人逆向运动学的子问题法求解  26-27
    2.3.4 机器人运动性能的速度雅克比矩阵分析  27-28
  2.4 仿蟹机器人动力学分析  28-31
    2.4.1 机器人牛顿-欧拉动力学方程  28-29
    2.4.2 机器人拉格朗日动力学方程  29-31
  2.5 小结  31-32
第3章仿蟹机器人步行足的Backstepping自适应模糊控制  32-42
  3.1 步行机器人控制技术  32-35
    3.1.1 步行机器人控制系统的特点  32-33
    3.1.2 步行机器人智能控制系统类型  33-34
    3.1.3 模糊逻辑控制系统  34-35
    3.1.4 步行机器人反演(Backstepping)控制  35
  3.2 仿蟹步行机器人反演自适应模糊控制  35-41
    3.2.1 八足仿蟹机器人系统描述  36
    3.2.2 八足仿蟹机器人Backstepping控制器设计  36-37
    3.2.3 仿蟹机器人模型分析  37-38
    3.2.4 仿蟹机器人SIMULINK仿真分析  38-41
  3.3 小结  41-42
第4章仿蟹机器人ADAMS八足协调仿真分析  42-59
  4.1 八足仿蟹机器人步态分析  42-44
    4.1.1 八足波形步态时序  42-43
    4.1.2 步行机器人步态生成  43-44
  4.2 仿蟹机器人ADAMS仿真分析  44-52
    4.2.1 Mechanism/Pro接口模块应用  45
    4.2.2 ADAMS约束和驱动设置  45-48
    4.2.3 平动步态仿真分析  48-51
    4.2.4 定点转弯步态仿真分析  51-52
  4.3 仿蟹机器人ADAMS优化设计  52-58
    4.3.1 仿蟹八足步行机器人参数化设计研究  52-54
    4.3.2 仿蟹八足步行机器人试验设计  54-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章机器人路径规划技术研究  59-66
  5.1 步行机器人路径规划的主要方法  59-62
    5.1.1 路径规划问题探究  59-60
    5.1.2 步行机器人路径规划方法  60-62
  5.2 步行机器人可视图法路径规划  62-65
    5.2.1 机器人传统可视图法路径规划  62-63
    5.2.2 改进的可视图法路径规划  63-65
  5.3 小结  65-66
第6章结论与展望  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
附录  72

八足仿蟹机器人运动协调控制及仿真分析

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