泳動型機(jī)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(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，機(jī)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(jìn)步。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)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(jìn)了各個行業(yè)的機(jī)械化、自動化和智能化的前進(jìn)步伐。水下機(jī)器人的研究是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個重要分支。本文以仿人型的泳動機(jī)器人為研究對象，利用機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)原理，流體動力學(xué)原理，機(jī)器人技術(shù)，計算機(jī)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(jī)器人進(jìn)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(jī)器人和泳動型機(jī)器人的研究歷程及發(fā)展?fàn)顟B(tài)。探討了近些年來仿人型機(jī)器人的研究進(jìn)展?fàn)顩r，針對泳動型機(jī)器人的兩大研究特點，即微型化和仿生化，進(jìn)行了深入的探討，并對泳動型機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和熱點研究問題進(jìn)行深入分析。這些工作為泳動型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計和運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)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(jī)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(jī)器人的動作要求、范圍進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對泳動型機(jī)器人肢體的各個部位進(jìn)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(jìn)的仿人型機(jī)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(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中包括：機(jī)器人的基本外形方案設(shè)計，機(jī)器人的頸、腰、上肢和下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，泳動型機(jī)器人各運(yùn)動關(guān)節(jié)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計等。 4.論文對

4、泳動型機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析。運(yùn)動學(xué)設(shè)計是保證機(jī)器人有規(guī)律、平穩(wěn)運(yùn)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(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動幾何模型，推導(dǎo)了泳動型機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程，對機(jī)器人機(jī)構(gòu)各個關(guān)節(jié)點的位置和速度進(jìn)行了分析和計算，并完成了機(jī)器人運(yùn)動分析的可視化程序設(shè)計，為泳動型機(jī)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(jī)器人動作設(shè)計和軌跡規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。軌跡規(guī)劃是是進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)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(jī)器人的高精度軌跡跟蹤控制。本文在對泳動型機(jī)器人的肢體動作進(jìn)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(jī)器人各驅(qū)動關(guān)節(jié)在運(yùn)動中所需要的旋轉(zhuǎn)角度，完成了泳動型機(jī)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(jī)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(jī)器人進(jìn)行動力學(xué)分析和研究。動力學(xué)分析是機(jī)器人動態(tài)設(shè)計、運(yùn)動控制的重要組成部分。本文根據(jù)機(jī)器人的受力狀態(tài)，利用

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