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面向典型环境的自重构机器人运动仿真及实验研究

作　者: 王志霖
导　师: 赵杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 自重构机器人 拓扑构形 运动规划
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


自重构机器人是由许多能够与相邻模块连接、分离和通讯的自治机械电子模块组成,能够根据环境和任务需求自主变化构形、功能。自重构机器人的灵活性和鲁棒性引起了许多学者和科研院所的关注。因此,及时的开展自重构机器人的关键技术研究对扩展机器人的应用具有重要的理论和现实意义。本文基于单转动自由度模块化自重构机器人HITMSR II,建立了模块化自重构机器人的拓扑模型。在计算机处理机器人拓扑信息时,采用一个含有10个元素的数组描述单个模块的空间方位,利用节点连接表和拓扑连接表记录构形中存在的连接关系及连接方位,可准确地描述机器人的空间位姿及模块间的连接关系。本文针对几种典型确定拓扑构形的自重构机器人进行了运动规划研究。在不同环境下,对蠕虫构形机器人进行了变振幅和变相位差的运动优化研究。使用了一种新的仿真软件,并在此基础上进行了二次开发,用于确定拓扑构形的自重构机器人整体运动规划的仿真研究。针对变化拓扑构形的自重构机器人整体重构运动,提出了单“风车”构形和多“风车”构形,分析了多“风车”构形的质心迁移路径规划,并在此基础上研究了基于总体势下降法的变化拓扑构形的自重构机器人质心迁移路径规划。最后,建立了自重构机器人实验系统,对提出的确定拓扑构形的整体运动规划,以及其适应典型环境的能力和变化拓扑构形的重构运动规划进行了实验研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题背景  8
  1.2 自重构机器人的发展现状  8-15
    1.2.1 自重构机器人模块研究现状  9-10
    1.2.2 自重构机器人重构算法研究现状  10-13
    1.2.3 自重构机器人整体运动规划研究现状  13-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章 模块化自重构机器人建模  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 单转动自由度模块化自重构机器人HITMSR II  16-19
    2.2.1 自重构机器人单元模块  16-19
  2.3 自重构机器人的数学描述  19-23
    2.3.1 单元模块描述  19-20
    2.3.2 机器人整体构形拓扑表达  20-22
    2.3.3 模块运动模型描述  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 确定拓扑构形的整体运动规划  24-33
  3.1 引言  24
  3.2 典型确定拓扑构形的运动规划  24-27
    3.2.1 蠕虫构形的运动规划  24-25
    3.2.2 四足构形运动  25-27
  3.3 面向环境的蠕虫构形运动优化  27-31
    3.3.1 平面运动优化  27-29
    3.3.2 斜坡运动优化  29-31
  3.4 基于webot 环境的自重构机器人运动仿真  31-32
    3.4.1 webot 软件的应用  31
    3.4.2 蠕虫构形上台阶仿真  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章 变化拓扑构形的整体重构运动规划  33-41
  4.1 引言  33
  4.2 “风车”构形及其特征分析  33-36
    4.2.1 “风车”构形的构建  33-34
    4.2.2 “风车”构形的功能  34-36
  4.3 四“风车”构形及其质心迁移重构规划  36-38
  4.4 基于总体势下降法机器人运动路径规划  38-40
  4.5 本章小结  40-41
第5章 自重构机器人实验研究  41-54
  5.1 引言  41
  5.2 实验系统建立  41-43
  5.3 确定拓扑构形典型环境实验  43-49
    5.3.1 光滑路面实验  43-44
    5.3.2 粗糙路面实验  44-45
    5.3.3 松软路面实验  45
    5.3.4 斜坡路面实验  45-46
    5.3.5 台阶实验  46-47
    5.3.6 沟壑实验  47-48
    5.3.7 孔洞实验  48-49
  5.4 变化拓扑构形质心迁移实验  49
  5.5 变形实验  49-51
    5.5.1 蠕虫构形向四足构形转变  49-50
    5.5.2 四足构形变化为蠕虫构形  50-51
  5.6 容错及自修复实验  51-52
  5.7 决策构形实验  52-53
  5.8 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 工业机器人
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