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基于被动关节的多模块移动微机器人设计与运动控制研究

作　者: 杨帆
导　师: 李振波
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 被动关节多模块微机器人运动控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

近年来,随着MEMS技术的发展,移动机器人向着小型化的方向不断发展,各种具有不同功能的微型机器人也层出不穷。这些微机器人在医疗生物技术、微纳米加工、工业检测及军事等领域有着广泛的应用前景。文本的研究对象就是一种基于被动关节的多模块移动微机器人。根据课题需要及设计要求,本文针对尺寸为30mm的移动微机器人,设计了基于微电磁马达的驱动装置和爬壁机构,同时设计了一种基于被动关节的连接装置。该装置采用了球面连接,并用机械结构实现相邻机器人模块的连接和脱离动作,结构简单、连接可靠,使机器人能够在复杂曲面上以多种姿态行进。选用了LPC2106-01作为微机器人的主控制器,与图像采集模块、电源管理模块、无线数据传输模块以及马达控制模块等共同构成了微机器人控制系统。针对所设计的被动关节,建立了链式微机器人队列的运动模型,并推导出基于夹角反馈的协调运动控制方法和队形变换策略,使得机器人队列可以按照预定轨迹行进,从而实现转弯、避障等功能。在后续实验中设计了圆轨迹和S形轨迹来测试该运动控制方法的可靠性。实验结果表明,机器人各功能模块的夹角误差控制在1°以内,证明了该运动控制方法的有效性。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题概述  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 本文主要研究内容和组织构架  15-16
第二章微机器人结构设计  16-32
  2.1 微机器人驱动装置设计  16-20
    2.1.1 主要驱动方式比较  16-18
    2.1.2 电磁微马达介绍  18-20
  2.2 微机器人爬壁机构的设计  20-22
  2.3 连接装置的设计  22-31
    2.3.1 连接装置的设计要求  22-23
    2.3.2 连接装置设计过程  23-25
    2.3.3 连接装置工作原理  25-26
    2.3.4 连接装置实际工作情况  26-28
    2.3.5 连接装置结构的改进方法  28-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章微机器人控制系统设计  32-43
  3.1 微机器人控制系统框架  32
  3.2 ARM 主控制器  32-33
  3.3 电磁微马达控制器  33-36
  3.4 无线数据传输模块  36-37
  3.5 图像采集模块  37-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章集群微机器人的运动控制研究  43-68
  4.1 双机器人系统的运动特性分析  43-47
    4.1.1 双机器人系统运动学分析及运动模型的建立  43-45
    4.1.2 双机器人系统运动轨迹分析  45-46
    4.1.3 极限位置  46
    4.1.4 机器人的速度取值范围  46-47
  4.2 双机器人运动系统的控制方法  47-53
    4.2.1 控制方法综述  47-48
    4.2.2 反馈控制方法研究  48-49
    4.2.3 运动控制仿真  49-53
  4.3 多机器人运动控制研究  53-56
    4.3.1 多机器人运动控制思想  53-54
    4.3.2 多机器人运动控制方法  54-55
    4.3.3 仿真结果  55-56
  4.4 微机器人链式队列的变形控制研究  56-63
    4.4.1 多机器人链式队列的运动特性分析及变形方法研究  56-59
    4.4.2 多机器人链式队列的变形实例  59-63
  4.5 实验及结果分析  63-67
    4.5.1 圆形轨迹实验  64-66
    4.5.2 S 形轨迹实验  66-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章结论及展望  68-69
  5.1 研究工作总结  68
  5.2 研究展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74

基于被动关节的多模块移动微机器人设计与运动控制研究

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