Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 沙漠六足机器人的系统设计与研究 | |
| 葛天乐 | |
| 出版年 | 2014 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 导师 | 王贺升 |
| 学位授予单位 | 上海交通大学 |
| 中文摘要 | 随着机器人技术的发展，越来越多类型的移动机器人成为了研究对象，从轮式、履带式到足式。其中足式机器人因为与自然界中的生物更加形似，而且相比前两种形式运动方式更加灵活多样而成为了重要的研究分支。首先因为其形似，自然而然产生了机器人仿生研究；其次可以做到落地点离散，在自然的非结构化环境中比轮式和履带式运动更加有效。仿生是人类学习的一种重要方法，向大自然中进化了千万年的生物学习它们生存的方式，研究总结出帮助我们更好地适应环境、改善生活、提高工作效率的办法。仿生机器人的研究就是其中的典型。有足动物能够在地球表面各种地形，包括岩石、草原、沙漠、泥沼上自如行走，但是人类制造的机械相比之下效率低下，灵活性差，鉴于以上原因，希望能够借鉴动物的运动方式，设计出一台适合在沙漠地区执行任务的仿生六足机器人。 鉴于这样的目的，本文着手从机构、传感器系统、控制装置和通信系统几方面对整机进行设计与实现；在机器人硬件部分制作完成之后，设计相应的人机交互界面，用于和机器人进行通信，包括下达控制指令和获得传感器信息等；根据作为移动平台在自然环境、沙漠环境中使用的特点，结合机器人的机构特点提出了直行、定点转弯两种基本步态和斜坡上稳定裕量较大的斜坡步态，保证机器人能够稳定工作。 在硬件部分过程中，根据动力需求和质量、体积限制设计动力系统、供电系统；根据控制需求设计主控制系统和通讯系统；根据功能需求设计传感器系统；再根据所选电气设备确定机械尺寸、结构、材料和加工工艺；最后到沙漠环境的高温和大温差特点设计了散热系统。接着将功能嵌入到一套基于图形操作界面的上位机遥操作系统上。软件能够建立并维持与远端机器人上设备的控制连接，将现场的图像、经纬度、机器人的姿态信息、周围环境的平面激光扫描图视像画面呈现给用户。 为保证设计机构的可靠性，同时为轻量化提供参考，针对重要部件——腿部结构和承重框架进行包括应力、形变和模态三部分内容的静力学分析。 通过观察、分析六足昆虫和沙漠地区爬行动物的运动特点，尝试以模仿生物运动的基本原理而非完全模仿生物结构的方式来指导机器人的有效运动。实现了类似蚂蚁的前进、转弯步态，并且结合了自身结构特点提出一种原地转身步态，增加了运动灵活性。再以沙漠蜥蜴高速奔跑时的步态为参照，定性分析腿部结构和砂砾表面的相互作用力，得出其中可以借鉴的运动方式，提高机器人在松软介质上的运动效率。然后对机器人进行了运动学分析，得出六足机器人在负重情形下运动的关键控制变量。针对非结构化的自然环境，首先要保证一定的静态稳定裕量，其次要保证步态的协调，因此根据增大稳定裕量的目标提出一种合理的爬坡步态。 实验部分首先在仿真环境中模拟了机器人在刚体介质表面上的运动，验证步态的可行性。然后在橡胶地板、草地、砂石地上验证实际效果。结果表明设计的仿生六足机器人的运动稳定有效，但是在速度和循迹性上相比理论结果有一些偏差。 最后总结了全文的工作并对整个工作过程中存在的疏忽以及后续可以进行的工作进行了说明。 |
| 中文关键词 | 六足机器人 ; 系统设计 ; 仿生步态 ; 负重 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1015027912.nh&DbName=CMFD2015 |
| 来源机构 | 上海交通大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/255647 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 葛天乐. 沙漠六足机器人的系统设计与研究[D]. 上海交通大学,2014. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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