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移动机器人行走系统的运动学分析和稳定性研究

作　者: 侯国庆
导　师: 李春书
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 移动机器人 运动学分析 动力学分析 稳定性研究
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


移动机器人行走系统是参与各种复杂路况的机器人本体结构,是移动机器人行走的主要执行部件,行走系统的功能优劣直接影响到机器人运动状态、运动速度和控制执行的精确性。本课题旨在研究优化关节履带式移动机器人的行走系统,对其进行运动学分析、动力学分析和稳定性研究,为将来控制系统设计提供一个良好的实体模型,使其能更好地在各种复杂环境情况下灵活和稳定的运动。综合分析了各种行走系统的优缺点,选择关节履带式移动机器人作为研究的内容。设计了移动机器人的本体机构,设计了前轮与摆臂轮内外轴同心传动机构,采用了三星摆臂轮机构作为机器人辅助越障的摆臂机构,用锥形孔结构和U形孔结构对履带进行拆装和张紧,选用了Maxon直流伺服电机及其组件作为机器人驱动系统。对机器人进行了转向运动学和越障运动学分析。针对履带在转向过程中存在滑转和滑移现象,分析了转向运动过程,提出用滑转和滑移系数对转向运动学进行修正,使其更接近真实状态下的转向运动学模型。分析了越障过程中的机器人的奇异位置,在控制机器人越障时应避免机器人处在此位置。分析了机器人直线运动和越障的动力学模型。为进一步控制机器人运动奠定理论基础。使用ADAMS多刚体动力学分析软件对机器人模型进行了运动仿真,分析了其速度、加速度、力矩是否满足实际条件下的需求。运用稳定锥的概念分析了机器人的静态稳定性,求出了机器人静态稳定性与结构尺寸之间的关系。分析了机器人在一些特殊情况下的动态稳定性,分析可知机器人满足动态稳定性的要求。本课题的研究是基于河北省科技厅科技攻关项目“复杂环境下自适应机器人系统研究”(项目编号062121030)的基础之上而进行的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-15
  §1-1 课题的提出和研究的意义  8
  §1-2 移动机器人的研究现状和发展趋势  8-13
    1-2-1 移动机器人的研究起源和发展  8-9
    1-2-2 移动机器人移动平台的结构形式  9-10
    1-2-3 国内外移动机器人的研究现状  10-13
    1-2-4 移动机器人的研究热点  13
  §1-3 本课题研究的主要内容  13-15
第二章 移动机器人移机构设计  15-28
  §2-1 机器人移动机构总体方案设计  15-17
    2-1-1 机器人设计要求  15
    2-1-2 机器人移动机构总体方案选择  15-17
  §2-2 机器人移动机构设计  17-21
    2-2-1 机器人驱动部分设计  17-19
    2-2-2 机器人底盘设计  19
    2-2-3 机器人行走系统设计  19-21
  §2-3 移动机器人越障性能分析  21-27
    2-3-1 机器人质心布置计算及越障质心变化规律  21-23
    2-3-2 移动机器人典型地形越障分析  23-27
  §2-4 本章小结  27-28
第三章 机器人行走系统运动学分析  28-40
  §3-1 引言  28
  §3-2 转向运动学分析  28-35
    3-2-1 直线运动分析  29
    3-2-2 转向运动学数学建模  29-32
    3-3-3 转向运动过程分析  32-35
  §3-3 越障运动学分析  35-39
    3-3-1 正向运动学数学建模  36-37
    3-3-2 逆向运动学数学建模  37-39
  §3-4 本章小结  39-40
第四章 动力学分析和运动仿真  40-59
  §4-1 引言  40
  §4-2 动力学分析基础及adams 软件介绍  40-46
    4-2-1 动力学分析基础  40-44
    4-2-2 ADAMS 仿真软件简介  44-46
  §4-3 动力学分析  46-51
    4-3-1 直线运动动力学分析  46-47
    4-3-2 越障运动动力学分析  47-51
  §4-4 Adams 运动仿真  51-58
    4-4-1UG 建模  51-52
    4-4-2 直线运动运动仿真  52-57
    4-4-3 越障运动仿真  57-58
  §4-5 本章小结  58-59
第五章 机器人行走系统稳定性研究  59-68
  §5-1 引言  59
  §5-2 稳定性研究基础  59-62
    5-2-1 稳定锥的顶点和角点  59-60
    5-2-2 稳定锥的倾翻问题  60-62
  §5-3 稳定性研究  62-67
    5-3-1 静态稳定性研究  62-64
    5-3-2 动态稳定性研究  64-67
  §5-4 本章小结  67-68
第六章 结论与展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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