泳動型機器人的結(jié)構(gòu)規(guī)劃及其相關(guān)問題研究.pdf

1、作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，機器人技術(shù)經(jīng)歷40余年的發(fā)展已經(jīng)取得了長足的進步。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，機器人技術(shù)源源不斷地走向人類活動的各個領(lǐng)域，它推進了各個行業(yè)的機械化、自動化和智能化的前進步伐。水下機器人的研究是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支。本文以仿人型的泳動機器人為研究對象，利用機器人的運動學和動力學原理，流體動力學原理，機器人技術(shù)，計算機仿真技術(shù)，人工智能技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，對泳動型水下機器人進行了以下幾個方

2、面的研究工作：1.論文系統(tǒng)的分析和綜述了目前國內(nèi)外仿人型機器人和泳動型機器人的研究歷程及發(fā)展狀態(tài)。探討了近些年來仿人型機器人的研究進展狀況，針對泳動型機器人的兩大研究特點，即微型化和仿生化，進行了深入的探討，并對泳動型機器人的研究現(xiàn)狀和熱點研究問題進行深入分析。這些工作為泳動型機器人的機構(gòu)設(shè)計和運動學、動力學分析打下了一定的基礎(chǔ)。 2.論文研究和了解了國內(nèi)外一些典型的仿人機器人的結(jié)構(gòu)特點和自由度配置的情況。以人體的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)

3、，以人類較常見的兩種游泳方式(蛙泳和自由泳)的基本動作為模式，對機器人的動作要求、范圍進行了分析，在此基礎(chǔ)上對泳動型機器人肢體的各個部位進行了自由度配置設(shè)計。 3.在分析和研究了國內(nèi)外較先進的仿人型機器人的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和動作特點的基礎(chǔ)上，論文完成了對泳動型機器人本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中包括：機器人的基本外形方案設(shè)計，機器人的頸、腰、上肢和下肢關(guān)節(jié)的運動機構(gòu)的設(shè)計，泳動型機器人各運動關(guān)節(jié)的驅(qū)動機構(gòu)和減速機構(gòu)的設(shè)計等。 4.論文對

4、泳動型機器人進行了運動學分析。運動學設(shè)計是保證機器人有規(guī)律、平穩(wěn)運動的關(guān)鍵技術(shù)。本文以VC++6.0環(huán)境為工作平臺，建立了機器人機構(gòu)的運動幾何模型，推導了泳動型機器人的運動學方程，對機器人機構(gòu)各個關(guān)節(jié)點的位置和速度進行了分析和計算，并完成了機器人運動分析的可視化程序設(shè)計，為泳動型機器人的實際應(yīng)用提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)。 5.論文對泳動型機器人動作設(shè)計和軌跡規(guī)劃問題進行了研究。軌跡規(guī)劃是是進行機器人運動控制的基礎(chǔ)和前提。傳統(tǒng)的控制方

5、法往往很難實現(xiàn)機器人的高精度軌跡跟蹤控制。本文在對泳動型機器人的肢體動作進行量化分析的基礎(chǔ)上，利用遺傳規(guī)劃方法，可以實現(xiàn)在不同軌跡要求的條件下，自動的求解出機器人各驅(qū)動關(guān)節(jié)在運動中所需要的旋轉(zhuǎn)角度，完成了泳動型機器人的軌跡規(guī)劃任務(wù)。本文所采用的研究方法對精確、高速的機器人軌跡跟蹤控制具有一定的實際意義。 6.論文對泳動型機器人進行動力學分析和研究。動力學分析是機器人動態(tài)設(shè)計、運動控制的重要組成部分。本文根據(jù)機器人的受力狀態(tài)，利用

6、拉格朗日方程和流體動力學原理對泳動型機器人進行動力學分析，并利用Pro/ENGINEER軟件對機器人進行動力學仿真研究，為實現(xiàn)機器人動力學性能規(guī)劃及動力學控制提供了理論依據(jù)。 7.論文對泳動型機器人的工作穩(wěn)定性和振動問題進行研究。本論文針對機器人在水中工作的特點，根據(jù)機器人在水中的浮態(tài)和受力平衡條件，分別對機器人的橫向和縱向穩(wěn)定性、靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性問題進行了分析和研究，并指出了為提高機器人的工作穩(wěn)定性應(yīng)該采取的相應(yīng)措施。