泳动型机器人的结构规划及其相关问题研究

论文题目: 泳动型机器人的结构规划及其相关问题研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 车辆工程

作者: 蒋玉杰

导师: 张国忠

关键词: 泳动型机器人,自由度,遗传规划,轨迹规划,运动学,动力学,稳定性,虚拟现实

文献来源: 东北大学

发表年度: 2005

论文摘要: 作为20世纪人类最伟大的发明之一，机器人技术经历40余年的发展已经取得了长足的进步。随着世界经济的发展和科学技术的进步，机器人技术源源不断地走向人类活动的各个领域，它推进了各个行业的机械化、自动化和智能化的前进步伐。水下机器人的研究是机器人研究领域的一个重要分支。本文以仿人型的泳动机器人为研究对象，利用机器人的运动学和动力学原理，流体动力学原理，机器人技术，计算机仿真技术，人工智能技术，虚拟现实技术等，对泳动型水下机器人进行了以下几个方面的研究工作： 1．论文系统的分析和综述了目前国内外仿人型机器人和泳动型机器人的研究历程及发展状态。探讨了近些年来仿人型机器人的研究进展状况，针对泳动型机器人的两大研究特点，即微型化和仿生化，进行了深入的探讨，并对泳动型机器人的研究现状和热点研究问题进行深入分析。这些工作为泳动型机器人的机构设计和运动学、动力学分析打下了一定的基础。 2．论文研究和了解了国内外一些典型的仿人机器人的结构特点和自由度配置的情况。以人体的基本结构为基础，以人类较常见的两种游泳方式(蛙泳和自由泳)的基本动作为模式，对机器人的动作要求、范围进行了分析，在此基础上对泳动型机器人肢体的各个部位进行了自由度配置设计。 3．在分析和研究了国内外较先进的仿人型机器人的结构、形态和动作特点的基础上，论文完成了对泳动型机器人本体的结构设计。其中包括：机器人的基本外形方案设计，机器人的颈、腰、上肢和下肢关节的运动机构的设计，泳动型机器人各运动关节的驱动机构和减速机构的设计等。 4．论文对泳动型机器人进行了运动学分析。运动学设计是保证机器人有规律、平稳运动的关键技术。本文以VC++6.0环境为工作平台，建立了机器人机构的运动几何模型，推导了泳动型机器人的运动学方程，对机器人机构各个关节点的位置和速度进行了分析和计算，并完成了机器人运动分析的可视化程序设计，为泳动型机器人的实际应用提供了理论依据和基础。 5．论文对泳动型机器人动作设计和轨迹规划问题进行了研究。轨迹规划是是进行机器人运动控制的基础和前提。传统的控制方法往往很难实现机器人的高精度轨迹跟踪控制。本文在对泳动型机器人的肢体动作进行量化分析的基础上，利用遗传规划方法，可以实现在不同轨迹要求的条件下，自动的求解出机器人各驱动关节在运动中所需要的旋转角度，完成了泳动型机器人的轨迹规划任务。本文所采用的研究方法对精确、高速的机器人轨迹跟踪控制具有一定的实际意义。 6．论文对泳动型机器人进行动力学分析和研究。动力学分析是机器人动态设计、运动控制的重要组成部分。本文根据机器人的受力状态，利用拉格朗日方程和流体动力学原理对泳动型机器人进行动力学分析，并利用Pro/ENGINEER软件对机器人进行动力学仿真研究，

论文目录:

独创性声明

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 仿人型机器人的研究现状

1.2.1 仿人机器人的分类

1.2.2 仿人型机器人的研究状况和内容

1.3 泳动性机器人的研究现状

1.3.1 泳动型机器人的研究特点

1.3.2 泳动型机器人的研究内容

1.3.3 相关问题与未来的研究发展趋势

1.4 本文研究的背景和主要内容

1.4.1 研究背景

1.4.2 主要研究内容

第二章泳动型机器人的动作分析和自由度配置

2.1 引言

2.2 常见仿人机器人的自由度配置

2.3 泳动型机器人的基本动作形态分析和自由度配置

2.3.1 机器人自由度配置的基本原则

2.3.2 泳动型机器人动作分析和自由度配置

2.4 机器人自由度配置的比较分析

2.5 本文小结

第三章泳动型机器人本体机构方案设计

3.1 引言

3.2 泳动型机器人的外形及本体设计的基本要求

3.3 泳动型机器人各关节机构的设计

3.3.1 泳动型机器人的关节结构组成形式

3.3.2 泳动型机器人各关节的结构设计

3.4 泳动型机器人控制系统和驱动机构的设计

3.4.1 机器人控制系统设计

3.4.2 机器人的驱动装置

3.5 机器人传动和减速机构设计

3.5.1 机器人用减速和传动装置

3.5.2 泳动型机器人传动和减速装置的设计

3.6 本章小结

第四章泳动型机器人的动作规划和运动分析

4.1 引言

4.2 泳动型机器人的运动形态描述

4.2.1 蛙泳的基本动作分解

4.2.2 蛙泳运动数据采集

4.2.3 蛙泳的运动循环线图

4.2.4 自由泳的基本动作分解

4.3 机器人各关节运动时序设计

4.4 泳动型机器人运动学分析

4.4.1 运动几何模型的建立

4.4.2 机器人机构的运动位置分析

4.4.3 机器人的速度分析

4.4.4 机器人运动分析实例—上肢的运动分析

4.5 机器人运动分析软件设计

4.5.1 Visual C++6.0开发环境简介

4.5.2 机器人运动分析的可视化程序设计

4.6 本章小结

第五章泳动型机器人的运动规划和避障分析

5.1 引言

5.2 机器人的运动规划

5.2.1 遗传规划的工作原理和表述方法

5.2.2 机器人的运动规划方法

5.2.3 仿真结果算例

5.3 机器人的避障问题探析

5.3.1 避障规划方法概述

5.3.2 泳动型机器人的避障问题分析

5.4 本章小结

第六章泳动型机器人运动仿真建模研究

6.1 引言

6.2 虚拟现实技术概述

6.2.1 虚拟现实系统

6.2.2 可视化技术分析

6.2.3 虚拟技术在机器人领域应用

6.2.4 虚拟对象的模型

6.2.5 虚拟系统的关键技术

6.3 基于3ds max的虚拟建模环境系统

6.3.1 3ds max系统软件简介

6.3.2 关于3ds max的硬件环境

6.3.3 3ds max的动画原理及工作流程

6.4 泳动型机器人的可视化仿真建模研究

6.4.1 泳动型机器人的结构仿真模型

6.4.2 泳动型机器人的运动仿真模型

6.5 本章小结

第七章泳动型机器人动力学分析及仿真

7.1 引言

7.2 机器人动力学分析方法简述

7.3 泳动型机器人上肢的动力学分析

7.3.1 机器人上肢的运动模型

7.3.2 机器人上肢系统的动能

7.3.3 广义力的确定

7.4 基于 Pro/ENGINEER系统的机构动力学仿真

7.4.1 Pro/ENGINEER系统简介

7.4.2 基于 Pro/ENGINEER的机器人动力学三维模型的建立

7.4.3 仿真结果及分析

7.5 本章小结

第八章泳动型机器人的工作稳定性分析

8.1 引言

8.2 机器人的浮动状态分析

8.2.1 机器人的浮力计算

8.2.2 机器人的重力和重心位置的计算

8.2.3 机器人的浮态分析

8.3 机器人稳定性分析的基本原理

8.3.1 初稳性

8.3.2 大倾角稳定性

8.3.3 机器人的动态稳定性分析

8.4 泳动型机器人稳性的分析和计算

8.4.1 机器人的工作稳性分析

8.4.2 外部条件对机器人稳定性的影响

8.4.3 提高机器人工作稳定性的基本措施

8.5 本章小结

第九章结论与建议

9.1 结论

9.2 进一步工作的建议

参考文献

致谢

作者攻读博士学位期间所发表的学术论文

发布时间: 2006-10-25

参考文献

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[5].高压输电线路巡线作业机器人中若干动力学问题的研究[D]. 肖晓晖.华中科技大学2005
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