仿蛇搜救机器人关节性能分析与运动模态拓展研究
仿蛇搜救机器人具备多种运动模态,其多地形适应能力优于履带式、足式、飞行搜救机器人,在灾难搜救工作中具有广阔应用前景。关节机构和运动模态一直是仿蛇机器人研究工作中的热点和难点。然而目前对关节机构的研究仅停留在活动度和工作空间层面,对运动模态的研究注重稳定性忽略了机动性。针对关节机构性能研究不深入、运动模态缺乏机动性问题,本文以采用仿生并联关节和正交主动轮的仿蛇搜救机器人为研究对象,对其关节性能和运动模态进行深入研究,主要内容为: 1、从生物蛇运动机理出发,研究一种用于仿蛇搜救机器人的仿生并联关节。采用旋量系与互易旋量系理论,对仿生并联关节运动约束特点进行分析。结合旋量代数结构与牛顿-欧拉法建立仿生并联关节动力学模型,在此基础上研究运动过程中各运动副和构件受力特性。 2、针对仿生并联关节少自由度和支链变形特点,研究其在可达工作空间内灵巧性和静刚度分布。在运动学分析基础上以驱动雅可比矩阵条件数构建仿生并联关节灵巧性指标。考虑关节中约束支链弯曲变形和驱动支链弹性变形,利用变形协调条件和虚功原理建立仿生并联关节刚度模型,然后分析线刚度和角刚度分布规律。 3、针对仿蛇搜救机器人蜿蜒运动在含有斜坡和柱体的地形中运动效率低问题,结合正交主动轮机动性和仿生并联关节自锁特性,拓展研究新型轮式运动模态。基于旋量理论建立仿蛇搜救机器人动力学模型,通过分析转弯、柱体爬升运动模态中的运动约束特性,简化适用于控制的动力学方程。
仿蛇搜救机器人;运动模态;关节机构;机动性能
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
曹政才
2016
中文
TP242
82
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）