仿蛇蟹变形机器人研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:opou
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仿蛇蟹变形机器人是在仿生机器人和变形机器人的基础上,吸收模块化思想,为地质勘探工作需求而提出的一种解决方案。它可根据不同的工作环境要求,通过模块间的相互操作和运动来改变构型,扩展运动形式,不同地质条件下构成蛇形机器人和蟹形机器人,完成多种运动和工作任务。本文的主要工作是建立仿蛇蟹变形机器人虚拟样机并对其进行仿真分析。 论文确定了仿蛇蟹变形机器人的总体设计方案和变形方法,利用三维制图软件Pro/E进行了机器人的零部件具体设计和装配,完成了仿蛇蟹变形机器人的构型,并应用Pro/E的运动分析模块进行了简单的运动规划和机构干涉检查,为建立虚拟样机和仿真分析奠定了基础。 论文在一般机器人的运动学和动力学数学分析基础上,根据仿蛇蟹变形机器人形状和运动方式的特殊性,对一般数学方程进行了简化和特例化,建立了其运动学和动力学的数学模型。所建立的数学模型简洁实用,与一般机器人数学模型相比可以减少控制系统的计算量,为控制系统的开发提供了理论基础。 论文利用Mech/Pro模块将在Pro/E中建立的仿蛇蟹变形机器人模型导入到动力学分析软件ADAMS中,建立了其虚拟样机。在ADAMS中分别对蛇形机器人和蟹形机器人进行了运动学和动力学仿真,分别得到各个关节和零件的运动和动力学参数曲线结果,论证了模型设计的可行性。还利用数学计算软件MathCAD计算了数学模型的结果并绘制了曲线图,与相对应的ADAMS模型仿真结果进行了对照,验证了数学模型的可靠性。 论文对仿蛇蟹变形机器人的控制系统进行了探讨,选择了最合适的模块化控制系统方案,并根据系统需要对控制系统的主要结构部分进行了选型。利用ADAMS/Control和MATLAB/Simulink模块进行了虚拟样机控制系统联合仿真,对实现该机器人考虑动力学因素的动态控制仿真方法做了初步探讨。 论文通过建立仿蛇蟹变形机器人的数学模型和虚拟样机,并对其进行运动学、动力学和控制系统的分析仿真,对仿蛇蟹变形机器人系统进行了初步的探讨,为进一步的研究奠定了一定的理论基础。
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