泳動(dòng)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)規(guī)劃及其相關(guān)問(wèn)題研究.pdf

1、作為20世紀(jì)人類(lèi)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(zhǎng)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(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，它推進(jìn)了各個(gè)行業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)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(gè)重要分支。本文以仿人型的泳動(dòng)機(jī)器人為研究對(duì)象，利用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，流體動(dòng)力學(xué)原理，機(jī)器人技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，人工智能技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，對(duì)泳動(dòng)型水下機(jī)器人進(jìn)行了以下幾個(gè)方

2、面的研究工作：1.論文系統(tǒng)的分析和綜述了目前國(guó)內(nèi)外仿人型機(jī)器人和泳動(dòng)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(lái)仿人型機(jī)器人的研究進(jìn)展?fàn)顩r，針對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人的兩大研究特點(diǎn)，即微型化和仿生化，進(jìn)行了深入的探討，并對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)研究問(wèn)題進(jìn)行深入分析。這些工作為泳動(dòng)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析打下了一定的基礎(chǔ)。 2.論文研究和了解了國(guó)內(nèi)外一些典型的仿人機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(lèi)較常見(jiàn)的兩種游泳方式(蛙泳和自由泳)的基本動(dòng)作為模式，對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作要求、范圍進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人肢體的各個(gè)部位進(jìn)行了自由度配置設(shè)計(jì)。 3.在分析和研究了國(guó)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(dòng)作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，論文完成了對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中包括：機(jī)器人的基本外形方案設(shè)計(jì)，機(jī)器人的頸、腰、上肢和下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，泳動(dòng)型機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。 4.論文對(duì)

4、泳動(dòng)型機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)是保證機(jī)器人有規(guī)律、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文以VC++6.0環(huán)境為工作平臺(tái)，建立了機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)幾何模型，推導(dǎo)了泳動(dòng)型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置和速度進(jìn)行了分析和計(jì)算，并完成了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析的可視化程序設(shè)計(jì)，為泳動(dòng)型機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)。 5.論文對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人動(dòng)作設(shè)計(jì)和軌跡規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行了研究。軌跡規(guī)劃是是進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)和前提。傳統(tǒng)的控制方

5、法往往很難實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高精度軌跡跟蹤控制。本文在對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人的肢體動(dòng)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(shí)現(xiàn)在不同軌跡要求的條件下，自動(dòng)的求解出機(jī)器人各驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)中所需要的旋轉(zhuǎn)角度，完成了泳動(dòng)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(duì)精確、高速的機(jī)器人軌跡跟蹤控制具有一定的實(shí)際意義。 6.論文對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和研究。動(dòng)力學(xué)分析是機(jī)器人動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)原理對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，并利用Pro/ENGINEER軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真研究，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)性能規(guī)劃及動(dòng)力學(xué)控制提供了理論依據(jù)。 7.論文對(duì)泳動(dòng)型機(jī)器人的工作穩(wěn)定性和振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行研究。本論文針對(duì)機(jī)器人在水中工作的特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)器人在水中的浮態(tài)和受力平衡條件，分別對(duì)機(jī)器人的橫向和縱向穩(wěn)定性、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)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。