论文题目: 具有稳定平台的全向滚动球形机器人研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 朱超
导师: 李团结
关键词: 球形机器人,稳定平台,运动分析与仿真,轨迹规划,虚拟样机
文献来源: 西安电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着机器人技术的迅速发展和自动化程度的进一步提高,人们对机器人的功能提出了更高的要求,特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和机器人化装置。球形机器人就属于这样一种新型的智能机器人,其最大的特点是运动方式特殊。球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性,因此不怕翻倒,并且能实现全向滚动。目前球形机器人基本上还处于试验研究阶段,有很多因素制约着球形机器人进入实际应用领域,其中最重要的一个因素就是目前的球形机器人内部没有一个相对稳定的仪器或设备搭载平台。为此,本论文对具有稳定平台的全向滚动球形机器人进行了研究。本文首先介绍了球形机器人的发展概况,在总结前人经验的基础上,针对目前制约球形机器人应用的稳定平台问题,通过应用系统动量矩守恒原理和改变机器人重心的方法,设计了两种具有稳定平台的全向滚动球形机器人装置。基于广义欧拉角和非完整约束,建立了这两种球形机器人的运动学模型,编制了运动分析程序,研究了该两种机器人的几种典型的运动情况并进行了计算机仿真。然后运用微分几何控制理论研究了第一种方案机器人的轨迹规划算法,通过规划两台直流伺服电机的运动序列,实现球形机器人的各种轨迹和姿态。最后,运用ADAMS软件进行了第一种方案机器人的虚拟样机设计并对系统进行了动态仿真,验证了内置平台的稳定性。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 球形机器人简介
1.2 球形机器人发展概况
1.3 本文的工作
第二章 球形机器人方案设计
2.1 引言
2.2 现有的球形机器人设计方案分析
2.2.1 Halme提出的球形机器人方案
2.2.2 Bicchi等人设计的球形机器人
2.2.3 Bhattacharya和Agrawal等人设计的球形机器人
2.2.4 Javadi和Mojabi等人设计的全向滚动球形机器人
2.2.5 Brian Chemel，E. Mutschler，H. Schempf等人的球形机器人设计
2.2.6 北京邮电学院肖爱平、孙汉旭等人的球形机器人设计
2.3 本文提出的具有稳定平台的全向滚动球形机器人方案
2.3.1 本文提出的第一种具有稳定平台的全向滚动球形机器人设计方案
2.3.2 本文提出的第二种具有稳定平台的全向滚动球形机器人设计方案
2.3.3 两种设计方案的比较
第三章 球形机器人的运动学模型
3.1 引言
3.2 描述刚体定点转动的分析方法
3.2.1 刚体定点转动的方向余弦描述
3.2.2 刚体定点转动的欧拉角描述
3.2.3 刚体定点转动的广义欧拉角描述
3.3 球形机器人运动学模型的建立
3.3.1 非完整系统简介
3.3.2 第一种球形机器人方案运动学模型的建立
3.3.3 第二种球形机器人方案运动学模型的建立
3.4 本章小结
第四章 球形机器人的运动学仿真
4.1 引言
4.2 第一种球形机器人方案的参数确定和三维建模
4.3 第一种球形机器人方案微分方程组求解及分析
4.4 第二种球形机器人方案的参数确定和三维建模
4.5 第二种球形机器人方案微分方程组求解及分析
4.6 本章小结
第五章 球形机器人轨迹规划
5.1 引言
5.2 微分几何控制理论基本知识
5.2.1 李括号、李代数
5.2.2 仿射控制系统
5.2.3 系统的可控性
5.2.4 幂零李代数
5.2.5 P.Hall 基
5.2.6 P.Hall 坐标
5.3 第一种球形机器人方案的轨迹规划
5.4 本章小结
第六章 基于ADAMS的球形机器人虚拟样机设计及分析
6.1 引言
6.2 虚拟样机技术简介
6.3 虚拟样机模型的建立
6.4 虚拟样机模型的仿真计算及其结果
6.5 运动仿真结果分析
6.6 本章小结
结论
致谢
参考文献
研究成果
发布时间: 2006-12-29
参考文献
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