核電站事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境極其惡劣,伴隨著大量的核輻射,以及事故產(chǎn)生的大量高溫、高壓的蒸汽,人類無法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救災(zāi)任務(wù),因此,對(duì)核電站救災(zāi)機(jī)器人的研究十分必要和迫切。由于在復(fù)雜救災(zāi)環(huán)境下,機(jī)器人的穩(wěn)定平衡、重載靈活作業(yè)、能耗與時(shí)間的平衡分配、欠驅(qū)動(dòng)行走等控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)極為困難,因此將救災(zāi)機(jī)器人主從控制與自律協(xié)同的研究作為核電站緊急救災(zāi)機(jī)器人基礎(chǔ)科學(xué)問題之一是具有重大意義的。本文以實(shí)現(xiàn)核電站復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)救災(zāi)環(huán)境中機(jī)器人的穩(wěn)定控制問題為目標(biāo),以救災(zāi)六足機(jī)器人為研究對(duì)象,對(duì)機(jī)器人的建模、步態(tài)規(guī)劃和控制問題進(jìn)行了深入的研究,主要的研究?jī)?nèi)容如下:1.本文在對(duì)救災(zāi)六足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,建立了救災(zāi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。并對(duì)所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行分析求解,得到機(jī)器人的反解模型。針對(duì)救災(zāi)六足機(jī)器人作業(yè)時(shí)需要同時(shí)滿足穩(wěn)定性和快速性的要求,為機(jī)器人選擇了合理的步態(tài)。2.針對(duì)核電站救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的非結(jié)構(gòu)的復(fù)雜環(huán)境,本文設(shè)計(jì)了綜合考慮機(jī)器人機(jī)構(gòu)特性和環(huán)境約束的MPC控制器。通過對(duì)救災(zāi)六足機(jī)器人的非線性的混合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的建模分析,以及對(duì)機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的非周期運(yùn)動(dòng)分析,利用橫向線性化技術(shù),將本文復(fù)雜的非線性模型...

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
主要符號(hào)對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 課題背景與研究意義
    1.2 核電站救災(zāi)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 足式機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 核電救災(zāi)環(huán)境下的足式機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
    1.3 六足機(jī)器人的控制研究現(xiàn)狀
    1.4 六足機(jī)器人的容錯(cuò)控制研究現(xiàn)狀
    1.5 六足機(jī)器人的能耗控制的研究現(xiàn)狀
    1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容
第二章 救災(zāi)六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
    2.1 引言
    2.2 核電站救災(zāi)環(huán)境下救災(zāi)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求
    2.3 救災(zāi)六足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.1 救災(zāi)六足機(jī)器人腿部設(shè)計(jì)
        2.3.2 救災(zāi)六足機(jī)器人整機(jī)設(shè)計(jì)
    2.4 救災(zāi)六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        2.4.1 坐標(biāo)系的建立
        2.4.2 位置反解模型
    2.5 救災(zāi)六足機(jī)器人的步態(tài)策略
    2.6 小結(jié)
第三章 救災(zāi)六足機(jī)器人帶約束的MPC控制器設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 救災(zāi)六足機(jī)器人控制問題分析
    3.3 救災(zāi)六足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型
    3.4 救災(zāi)六足機(jī)器人的非周期期望軌跡設(shè)計(jì)
        3.4.1 周期軌跡設(shè)計(jì)
        3.4.2 非周期軌跡設(shè)計(jì)
    3.5 救災(zāi)六足機(jī)器人的動(dòng)態(tài)控制策略設(shè)計(jì)
        3.5.1 橫向線性化
        3.5.2 MPC控制器設(shè)計(jì)
    3.6 控制器的穩(wěn)定性分析
    3.7 仿真驗(yàn)證
        3.7.1 平整地勢(shì)行走仿真
        3.7.2 不平地勢(shì)行走仿真
    3.8 小結(jié)
第四章 關(guān)節(jié)故障情況下救災(zāi)六足機(jī)器人的MPC控制器設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 救災(zāi)六足機(jī)器人的故障及容錯(cuò)策略分析
        4.2.1 執(zhí)行器的故障分析
        4.2.2 容錯(cuò)控制策略
        4.2.3 故障間轉(zhuǎn)換分析
    4.3 關(guān)節(jié)故障情況下的救災(zāi)六足機(jī)器人的容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)
        4.3.1 關(guān)節(jié)故障情況下的救災(zāi)六足機(jī)器人的混合動(dòng)力學(xué)模型
        4.3.2 欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)橫向線性化
        4.3.3 容錯(cuò)MPC控制器設(shè)計(jì)
    4.4 穩(wěn)定性分析
        4.4.1 控制算法的穩(wěn)定性
        4.4.2 機(jī)身的前進(jìn)穩(wěn)定性
    4.5 仿真驗(yàn)證
    4.6 小結(jié)
第五章 綜合考慮救援時(shí)間和能耗的最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 綜合考慮救援時(shí)間和能耗的最優(yōu)控制問題分析
    5.3 救災(zāi)六足機(jī)器人的能耗模型
        5.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
        5.3.2 力學(xué)模型
        5.3.3 足端軌跡規(guī)劃
        5.3.4 救災(zāi)六足機(jī)器人的能耗模型
        5.3.5 能耗模型驗(yàn)證
    5.4 綜合考慮救援時(shí)間和能耗的最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)
        5.4.1 最優(yōu)問題的提出
        5.4.2 最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)
    5.5 仿真驗(yàn)證
    5.6 小結(jié)
第六章 救災(zāi)六足機(jī)器人的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建
        6.2.1 樣機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
        6.2.2 軟件采用技術(shù)介紹
        6.2.3 軟件模塊化
        6.2.4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試
    6.3 救災(zāi)六足機(jī)器人隨機(jī)添加障礙物實(shí)驗(yàn)
    6.4 救災(zāi)六足機(jī)器人復(fù)雜地勢(shì)行走實(shí)驗(yàn)
    6.5 綜合考慮救援時(shí)間和能耗的優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)
        6.5.1 機(jī)器人行走穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)
        6.5.2 機(jī)器人能耗實(shí)驗(yàn)
        6.5.3 機(jī)器人綜合考慮時(shí)間和能耗實(shí)驗(yàn)
    6.6 小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 研究?jī)?nèi)容總結(jié)
    7.2 對(duì)未來的展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
攻讀學(xué)位期間參與的項(xiàng)目



本文編號(hào)：4056035