多步态仿蛇机器人机构性能分析及运动控制研究
多关节串联仿蛇机器人外形细长柔软，灵活多变，可以在灾难中负责搜救任务、军事中负责侦察任务。然而，侦察搜救场景中，地形复杂，任务紧迫，需要仿蛇机器人具有多种运动形式，灵活变换。考虑地形适应性和快速运动能力的要求，本文从机构分析和运动控制方向研究一种多步态仿蛇机器人，实现在崎岖地面上蜿蜒运动，在平坦地面上轮式运动以及在狭缝中混沌运动。具体研究内容为: 1、综合环境因素以及任务需求，研究仿蛇机器人的多步态运动形式。对于蜿蜒运动，为使关节角度关系式简单化，使用Serpenoid曲线研究蜿蜒运动，针对头部方向一致化和初始过渡平滑性问题，对关节角度关系式进行一定的变形。对于轮式运动，为使仿蛇机器人具有轮式运动特点，根据结构特性将整体机构分段处理，通过调节各分段参数实现分段功能。 2、考虑多步态运动形式，研究仿蛇机器人机构性能。对于轮式运动，采用正交主动轮仿蛇机器人机构实现。而对于蜿蜒运动，针对正交主动轮仿蛇机器人不具有各向异性摩擦力问题，研究在主动轮外壳正交环绕若干被动体轮的解决途径。主动轮间通过仿生并联关节连接，通过关节自由度、奇异性、运动学关系推导，得到仿生关节性能特点。 3、根据仿蛇机器人多步态运动形式和机构性能特点，研究一种基于Hopfield Neural Network(HNN)的多步态控制方法。分析各类运动步态具体曲线形式，将其离散化作为输入调整HNN权重参数获得相应的输出信号。然后根据各类步态具有相同的直线形初始形态，利用Motion ShapeCode Technique(MSCT)进行初始步态的生成以及运动过程中步态之间的转换。 本文通过对正交主动轮仿蛇机器人机构分析以及运动控制方法研究，实现仿蛇机器人多步态运动能力，对搜救侦察仿蛇机器人研究提供了一些参考价值。
仿蛇机器人;机构性能;运动控制
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
曹政才
2016
中文
TP242
74
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）