蛇形機器人水下運動仿真及控制的研究.pdf

1、蛇形機器人借助于生物蛇幾百萬年自然進化形成的外在身體結(jié)構(gòu)，對于適應(yīng)復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境具有天然的優(yōu)勢。但蛇形機器人獨特的的身體結(jié)構(gòu)帶來更大的靈活性和運動空間的同時，也為設(shè)計蛇形機器人的運動控制模型提出了巨大挑戰(zhàn)。
　　和陸地蛇形機器人相比，由于水下環(huán)境的高度復(fù)雜性以及水下通信延遲的影響，使得對于蛇形機器人控制模型的設(shè)計、模型參數(shù)的優(yōu)化更具難度。由于在沒有完全了解步態(tài)特性的情況下，不能直接將機器人控制模型用于樣機的水下實驗，因此，如何實現(xiàn)

2、在水環(huán)境下高效、高機動性控制蛇形機器人是水下蛇形機器人研究領(lǐng)域的一個難點，本文針對這一問題開展了如下研究：
　　1、對蛇形機器人水下運動受力進行理論分析。
　　根據(jù)蛇形機器人多關(guān)節(jié)超冗余和模塊化的特點，分析水下運動機器人與水的交互作用，基于多剛體動力學(xué)建模的方法建立機器人水下運動模型。
　　2、建立水下運動的仿真分析系統(tǒng)。
　　基于蛇形機器人的物理樣機的實際參數(shù)建立能準(zhǔn)確模擬水下平面運動和空間運動的虛擬樣機模型。

3、
　　3、仿真分析典型運動的性能，并進行相應(yīng)的實驗驗證。
　　根據(jù)水下蛇形機器人的運動，分析蜿蜒運動、轉(zhuǎn)彎運動和上浮下潛的運動的特點，建立蛇形機器人水下平面運動和空間運動控制的數(shù)學(xué)模型。并在仿真分析系統(tǒng)中對控制模型進行仿真，分析控制參數(shù)與運動性能之間的關(guān)系；以速度為目標(biāo)，以機器人樣機的實際結(jié)構(gòu)參數(shù)為約束，優(yōu)化蜿蜒運動控制模型。最后，通過仿真分析系統(tǒng)將驗證和優(yōu)化的控制模型移植到機器人上進行相應(yīng)的實驗驗證。
　　綜上，本文