帶有操作臂的單輪探測(cè)機(jī)器人的改進(jìn)和控制.pdf

1、行星探測(cè)機(jī)器人小型化、群體協(xié)作是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),然而小型化后探測(cè)機(jī)器人的性能會(huì)受到影響,雖然可以采取多車(chē)群控的方式來(lái)彌補(bǔ)這種缺陷,但是需要提高單體機(jī)器人的個(gè)體功能,用以增強(qiáng)多車(chē)協(xié)作時(shí)組成的探測(cè)系統(tǒng)的容錯(cuò)性。帶有操作臂的小型單輪探測(cè)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)操作、運(yùn)動(dòng)兩種工作模式,并且可以?xún)蓛山M合重構(gòu),具有重要的研究意義。針對(duì)原有的機(jī)器人結(jié)構(gòu)剛度、運(yùn)動(dòng)空間受限等問(wèn)題,改進(jìn)腕關(guān)節(jié)處支撐結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu),用以增加機(jī)器人的剛度,將機(jī)器人操作臂,步進(jìn)電機(jī)

2、,控制電路集成一體,解決機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于走線(xiàn)造成的運(yùn)動(dòng)空間受限問(wèn)題,并且重新設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,增大系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力。基于D-H方法建立機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué);應(yīng)用牛頓力學(xué)定律結(jié)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析機(jī)器人在不同構(gòu)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(jī)器人操作模式和運(yùn)動(dòng)模式轉(zhuǎn)化條件;并以機(jī)器人越障條件為基礎(chǔ),根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)境,利用機(jī)器人操作臂長(zhǎng)度可變得特性,規(guī)劃了機(jī)器人的越障過(guò)程,增加了機(jī)器人的

3、越障高度。采用Lyapunov函數(shù)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)定軌跡的跟蹤,并應(yīng)用Matlab進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,證明了軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)的正確性。最后建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在操作模式下抓取與放置物體實(shí)驗(yàn),以手爪為軸的自轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn);在運(yùn)動(dòng)模式下越障,爬坡實(shí)驗(yàn);機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)模式向操作模式轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。驗(yàn)證所研制的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu),驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的合理性,控制軟件和所建立的機(jī)器人逆解,越障條件,爬坡條件,越障規(guī)劃的