帶有操作臂的單輪探測機器人的改進和控制.pdf

1、行星探測機器人小型化、群體協(xié)作是未來的發(fā)展趨勢,然而小型化后探測機器人的性能會受到影響,雖然可以采取多車群控的方式來彌補這種缺陷,但是需要提高單體機器人的個體功能,用以增強多車協(xié)作時組成的探測系統(tǒng)的容錯性。帶有操作臂的小型單輪探測機器人可以實現(xiàn)操作、運動兩種工作模式,并且可以兩兩組合重構,具有重要的研究意義。針對原有的機器人結構剛度、運動空間受限等問題,改進腕關節(jié)處支撐結構與系統(tǒng)的傳動結構,用以增加機器人的剛度,將機器人操作臂,步進電機

2、,控制電路集成一體,解決機器人在運動過程中由于走線造成的運動空間受限問題,并且重新設計步進電機和舵機驅(qū)動電路,增大系統(tǒng)的驅(qū)動能力?；贒-H方法建立機器人正運動學和逆運動學;應用牛頓力學定律結合機器人的結構特點,分析機器人在不同構型下的各種越障條件,跨越壕溝條件,爬坡條件和轉(zhuǎn)彎條件;建立了機器人操作模式和運動模式轉(zhuǎn)化條件;并以機器人越障條件為基礎,根據(jù)不同的運行環(huán)境,利用機器人操作臂長度可變得特性,規(guī)劃了機器人的越障過程,增加了機器人的

3、越障高度。采用Lyapunov函數(shù)設計了速度模式軌跡跟蹤控制器和加速度模式軌跡跟蹤控制器,實現(xiàn)對預定軌跡的跟蹤,并應用Matlab進行了仿真驗證,證明了軌跡跟蹤控制器設計的正確性。最后建立了實驗系統(tǒng),實現(xiàn)了機器人在操作模式下抓取與放置物體實驗,以手爪為軸的自轉(zhuǎn)實驗;在運動模式下越障,爬坡實驗;機器人由運動模式向操作模式轉(zhuǎn)化試驗。驗證所研制的機器人機械結構,驅(qū)動電路設計的合理性,控制軟件和所建立的機器人逆解,越障條件,爬坡條件,越障規(guī)劃的