二自由度蛇形機(jī)器人單元設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-wenkub
2023-07-08 17:16:41 本頁(yè)面
【正文】 構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制作進(jìn)一步研究。除了傳統(tǒng)的車(chē)型設(shè)計(jì)方法外，機(jī)器人學(xué)者把目光轉(zhuǎn)向了生物界，力求從具有各種運(yùn)動(dòng)特征的動(dòng)植物上獲得啟發(fā)，設(shè)計(jì)新的仿生機(jī)器人。其實(shí)蛇是非常有益于人類(lèi)的動(dòng)物，它可以消火老鼠等害蟲(chóng)，而且對(duì)于整個(gè)生態(tài)平衡起著至關(guān)重要的作用。仿生學(xué)將生命原理應(yīng)用到工程系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中，尤其對(duì)當(dāng)今日益發(fā)展的機(jī)器人學(xué)科起到了巨大的推動(dòng)作用，促進(jìn)了仿生機(jī)器人領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。仿生學(xué)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一門(mén)綜合性邊緣學(xué)科，它由生命科學(xué)和工程技術(shù)科學(xué)相互滲透、相互結(jié)合而成。這些啟迪加上人類(lèi)的聰明才智使科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展。關(guān)鍵詞：蛇形機(jī)器人； 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 耦合驅(qū)動(dòng)； 運(yùn)動(dòng)分析； 40 Abstract This paper deals with the two degrees of freedom module of snakelike robot. Utilizing the snake (its forms and motion) as a model to develop a snakelike robot. The snakelike robot perform the following functions: It can propel itself over uneven/rough ground and swim in a fluid by using its slender body；It can move across branches or crevasses, because it can tighten its body to make a linematically stable posture by using its long body and highly redundant actuators.In order to apply snakelike robots to the unstructured environment, the researchers have designed many gaits for increasing the adaptability to a variety of surroundings. The twistrelated lootion is an effective gait achieved by jointly driving the pitchingDOF and yawingDOF, with which the snakelike robot can move on rough ground and even climb up some obstacles. The twistrelated lootion function is firstly solved, and simplified to be expressed by sine orcosine function. The 2D lootion such as Vshape and Ushape is achieved. Alsoby applying it to the serpentine lootion or other types of lootion, thesnakelike robot can plete posite lootion that bines the serpentinelootion or others with twistrelated lootion. We extend the twistrelated lootion to 3D space. The experimental results are presented to validate all above analyses.Keywords: snakelike robot。蛇形機(jī)器人單元之間的擺動(dòng)和抬起運(yùn)動(dòng)本文采用耦合驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。沈陽(yáng)航空學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文摘 要本文研究的主要內(nèi)容是二自由度蛇形機(jī)器人單元設(shè)計(jì)。扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是蛇形機(jī)器人的有效運(yùn)動(dòng)方式，利用該步伐蛇形機(jī)器人可以跨越障礙。 mechanism design。從小鳥(niǎo)的展翅飛翔，到形狀各異的風(fēng)箏，還有后來(lái)更為先進(jìn)的飛機(jī)?？梢哉f(shuō)仿生學(xué)的研究對(duì)科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。在絕大多數(shù)人眼中，蛇是一種可怕的動(dòng)物，甚至有很多人不愿意提及或看到這種動(dòng)物。當(dāng)然本文并不是研究生物蛇和人類(lèi)的關(guān)系，而是根據(jù)蛇的生理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和研究蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，是從仿生學(xué)的角度出發(fā)研制有利于人類(lèi)社會(huì)的機(jī)器人。蛇形機(jī)器人就是在這種條件下孕育而生的。蛇形機(jī)器人的研究開(kāi)創(chuàng)了仿生機(jī)器人研究的新領(lǐng)域，同時(shí)由于蛇形機(jī)器人的廣泛應(yīng)用前景，世界上各個(gè)國(guó)家的機(jī)器人愛(ài)好者紛紛開(kāi)始了蛇形機(jī)器人的研究。這樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)使蛇體具有向任何方向彎曲的能力。為了減少機(jī)器蛇的運(yùn)動(dòng)中的摩擦阻力，在機(jī)器蛇兩側(cè)安裝有從動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)了蛇體的平穩(wěn)游動(dòng)，增強(qiáng)了蛇形機(jī)器人的靈活性和機(jī)動(dòng)性。 在電路設(shè)計(jì)上采用 485 總線(xiàn)聯(lián)接。并且， SolidSnake II 搭建了完善的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為后續(xù)的研究開(kāi) 發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該機(jī)器人的總長(zhǎng)為2m，具有20 個(gè)關(guān)節(jié)，依靠伺服機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)左右擺動(dòng)[14]。ACMR3 是最近的研究成果（見(jiàn)圖14），該機(jī)器人的參數(shù)見(jiàn)表11。NASA的JPL 采用了NEC的蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種Serpentine robot，該機(jī)器人約1m 長(zhǎng)，直徑4cm，具有12 個(gè)自由度（），主要是完成在存在障礙物的環(huán)境中的操作任務(wù) NEC 的蛇形機(jī)器人（ JPL 操作手）德國(guó)的GMD 研制了蛇形機(jī)器人。在我國(guó)，蛇形機(jī)器人的研究剛剛起步，但是進(jìn)步較快。（ 國(guó)防科技大學(xué)的蛇形機(jī)器人）中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也開(kāi)始了蛇形機(jī)器人的研究，并提出一種新型蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)[5459]（），可實(shí)現(xiàn)多種適應(yīng)環(huán)境的平面和空間運(yùn)動(dòng)形式，并作了深入的理論研究。雖然目前蛇形機(jī)器人的研究尚處在實(shí)驗(yàn)階段，但蛇形機(jī)器人有廣泛的應(yīng)用前景。2) 防恐防爆和災(zāi)難救援:自美國(guó)紐約的911事件之后，防恐防爆成為各個(gè)國(guó)家維護(hù)國(guó)家安全和人民生命財(cái)產(chǎn)不受侵害的主題。這些災(zāi)難主要包括:地震、爆炸、地質(zhì)陷落、龍卷風(fēng)和火災(zāi)等等。探月工程的啟動(dòng)表明中國(guó)政府探索外星系的決心和信心。它可以穿越狹小空間、進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境，然后完成操作任務(wù)。7) 作為操作手:將蛇形機(jī)器人的一端固定，那么它就變成一個(gè)具有冗余自由度的操作手，可以完成復(fù)雜的抓取動(dòng)作。第2章 二自由度蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)單元的主體設(shè)計(jì)蛇的外形非常簡(jiǎn)單，但卻能實(shí)現(xiàn)很多運(yùn)動(dòng)：蜿蜒運(yùn)動(dòng)；法向運(yùn)動(dòng)；側(cè)向運(yùn)動(dòng)；沿身體方向的拉伸運(yùn)動(dòng)；抬起運(yùn)動(dòng)等。通過(guò)驅(qū)動(dòng)細(xì)長(zhǎng)的身體躬起做出符合運(yùn)動(dòng)學(xué)的d穩(wěn)定的姿勢(shì)。由于直接驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)采用每個(gè)自由度直接用一個(gè)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，用減少傳動(dòng)件的數(shù)量來(lái)達(dá)到減輕單元重量的目的，但效果有限。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了耦合驅(qū)動(dòng)的模塊化萬(wàn)向單元。因此，在設(shè)計(jì)每個(gè)單元時(shí)，必須考慮到這些因素所帶來(lái)的影響，權(quán)衡耦合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與直接驅(qū)動(dòng)
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