【摘要】：隨著人類在軌活動范圍的擴(kuò)大,人們對于在軌航天器的作業(yè)能力要求越來越高,將機(jī)器人與空間技術(shù)相結(jié)合,代替宇航員進(jìn)行空間環(huán)境中重復(fù)、危險的工作是未來航天器的必然發(fā)展趨勢。目前空間站尺寸的限制比較嚴(yán)格,艙板后狹小空間的儀器檢測維修缺乏有效的工程解決方法。杰出的范德華力黏附機(jī)制以及出色的摩擦、黏附控制使得壁虎甚至能在空間環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動,因此發(fā)展基于壁虎結(jié)構(gòu)、剛毛黏附材料和黏附控制機(jī)制的空間仿生機(jī)器人,對未來提升我國空間站的工作能力,具有重要意義。本論文以微重力環(huán)境下空間站狹小空間儀器的檢測維修任務(wù)為需求背景,在已有的壁虎生物結(jié)構(gòu)研究和運(yùn)動穩(wěn)態(tài)研究的基礎(chǔ)上,針對壁虎能在微重力環(huán)境下進(jìn)行爬行的研究背景,研制了一款基于壁虎結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的模擬微重力環(huán)境下狹小空間用仿生黏附機(jī)器人,主要研究內(nèi)容如下:1)根據(jù)空間站艙內(nèi)狹小空間的具體任務(wù)需求制定了機(jī)器人的具體工程目標(biāo),明確了機(jī)器人的運(yùn)動邊界,為機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計提供了約束和參考。2)從仿生學(xué)的角度出發(fā),在大壁虎(Gekko Gecko)的生物學(xué)研究和豎直面穩(wěn)定爬行研究的基礎(chǔ)上,模仿其匍匐身體結(jié)構(gòu)設(shè)計了適用于狹小空間運(yùn)動的“高肩點低質(zhì)心”機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu);并依此設(shè)計了機(jī)器人的整體三維模型并加工裝配了整機(jī)機(jī)械部分;計算了機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)正、逆解;為控制系統(tǒng)的設(shè)計及搭建提供了尺寸約束和參考。3)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的,采用分層遞進(jìn)的控制框架;搭建了包括主機(jī)控制模塊、從機(jī)腿部運(yùn)動模塊和旋轉(zhuǎn)角度反饋模塊在內(nèi)的硬件系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)接收模塊、解析模塊和PWM產(chǎn)生模塊在內(nèi)的軟件系統(tǒng);整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的精確實時控制,為機(jī)器人能夠在微重力條件下進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)動爬行打下基礎(chǔ)。4)根據(jù)現(xiàn)有的仿壁虎機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和腳掌的黏附脫附特性,在以往模擬微重力環(huán)境下成功水平爬行的機(jī)器人足端軌跡設(shè)計基礎(chǔ)上研究了模擬微重力環(huán)境下機(jī)器人在豎直面的對角爬行步態(tài)和零半徑轉(zhuǎn)彎步態(tài);并在動力學(xué)仿真軟件中對樣機(jī)平臺進(jìn)行了步態(tài)驗證;最后實現(xiàn)了機(jī)器人單腿在預(yù)定軌跡下的擺動。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP242;V476.1
【圖文】：

在各種類型的足式機(jī)器人中，仿生四足爬行動速度，同時具有良好的容錯能力，是用來解決微重力環(huán)題的可行方案[9]。另外，考慮到自然界中壁虎具有優(yōu)異的對重力變化能力最優(yōu)的四足爬行動物，所以考慮將壁虎作壁虎不是太空飛行物種，但壁虎是通過范德華力黏附機(jī)制真空或溫度的影響。為了驗證這一理論，俄羅斯科學(xué)家通空，通過攝像機(jī)記錄的圖像觀察壁虎在太空微重力環(huán)境下在微重力環(huán)境下進(jìn)行黏附爬行運(yùn)動。研究以空間站模擬微重力環(huán)境狹小空間的檢測與維修為研生對象，受壁虎的結(jié)構(gòu)與爬行運(yùn)動模式的啟示設(shè)計機(jī)器人仿壁虎干黏附技術(shù)，研制出微型仿壁虎匍匐爬行機(jī)器人，、堵漏、阻燃等作業(yè)任務(wù)提供平臺技術(shù)支持。研究現(xiàn)狀器人研究現(xiàn)狀

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文Skyworker、Ranger TFX 等，如圖 1.2 所示。其中 FTS 屬于類人雙臂機(jī)七個自由度，能夠完成視覺監(jiān)測、檢測維修、移動裝配等艙外任務(wù)[15]移動式機(jī)器人，通過攀附在衛(wèi)星表面的方式進(jìn)行工作，主要負(fù)責(zé)空間內(nèi)其優(yōu)點是成本較低，能量利用率高[16]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

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本文編號：2730326