履帶式移動(dòng)機(jī)器人在災(zāi)場(chǎng)搜救、星球探測(cè)、軍事勘察和反恐防暴等非結(jié)構(gòu)環(huán)境領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。鑒于該類機(jī)器人廣闊的應(yīng)用前景及技術(shù)上的挑戰(zhàn)性,使其已經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。如何提高履帶式移動(dòng)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的越障穩(wěn)定性、全地形通過(guò)性和抗振抗擊性等,目前則成為與該機(jī)器人相關(guān)的研究關(guān)鍵和前沿問(wèn)題,也是涉及該類機(jī)器人能否成熟應(yīng)用的根本問(wèn)題。因此,本文提出了一種具有新結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)式履帶可變角度的移動(dòng)機(jī)器人,并對(duì)機(jī)器人履帶與地面相互作用機(jī)理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)建模、越障動(dòng)作規(guī)劃、典型地形越障穩(wěn)定性分析和基于多傳感器信息融合的避障技術(shù)等方面展開(kāi)了深入研究。論文首先提出一種關(guān)節(jié)式雙履帶可變角度的移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法,采用該技術(shù)方法的機(jī)器人本體通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)連接前、后兩部分,當(dāng)機(jī)器人遇到臺(tái)階、樓梯等障礙物時(shí),前、后兩部分可通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整機(jī)器人的本體姿態(tài),從而使機(jī)器人具有良好的全地形通過(guò)性和越障穩(wěn)定性。針對(duì)機(jī)器人越障時(shí)履帶容易發(fā)生松弛或脫落的問(wèn)題,又提出了一種履帶壓緊被動(dòng)伺服調(diào)節(jié)方法,該方法巧妙利用關(guān)節(jié)動(dòng)作時(shí)履帶變角度所產(chǎn)生的力之間的相互作用關(guān)系,使履帶上的齒在履帶運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能很好地...

【文章頁(yè)數(shù)】：177 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外履帶式移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀
    1.3 行駛機(jī)構(gòu)與地面作用機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.3.1 輪子與地面作用機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.3.2 履帶與地面作用機(jī)理研究現(xiàn)狀
    1.4 越障性能及穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀
        1.4.1 越障性能分析研究現(xiàn)狀
        1.4.2 越障穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀
    1.5 移動(dòng)機(jī)器人避障技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.5.1 采用傳感器的避障技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.5.2 智能化避障技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.6 主要研究?jī)?nèi)容
    1.7 論文的組織結(jié)構(gòu)
第二章 機(jī)器人結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)分析
    2.1 機(jī)器人的本體機(jī)構(gòu)
        2.1.1 本體機(jī)構(gòu)構(gòu)建
        2.1.2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)組成
        2.1.3 履帶工作狀況分析
            2.1.3.1 履帶調(diào)節(jié)裝置工作原理
            2.1.3.2 履帶被動(dòng)伺服調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
    2.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)建
        2.2.1 控制系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)
        2.2.2 主控模塊及系統(tǒng)軟件架構(gòu)
        2.2.3 混合式控制體系結(jié)構(gòu)
    2.3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析
        2.3.1 機(jī)器人基本運(yùn)動(dòng)分析
        2.3.2 機(jī)器人越障運(yùn)動(dòng)模式
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于地面力學(xué)的履帶與地面相互作用機(jī)理研究
    3.1 履帶與土壤地面作用模型
        3.1.1 下陷量分布
        3.1.2 應(yīng)力分布
        3.1.3 牽引力分析
    3.2 履齒與地面作用模型
        3.2.1 單個(gè)履齒與地面作用模型
        3.2.2 整條履帶下履齒與地面作用模型
    3.3 模型融合及仿真分析
        3.3.1 模型融合
        3.3.2 基于MATLAB數(shù)學(xué)模型仿真分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究
    4.1 機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)研究
    4.2 機(jī)器人轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)研究
        4.2.1 轉(zhuǎn)向過(guò)程分析
        4.2.2 轉(zhuǎn)向受力分析
        4.2.3 轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)建模
    4.3 機(jī)器人越障運(yùn)動(dòng)學(xué)研究
        4.3.1 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立
        4.3.2 基于質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)的越障動(dòng)作規(guī)劃
    4.4 基于質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)的越障性能分析
        4.4.1 質(zhì)心對(duì)越障性能的影響
        4.4.2 最大越障高度分析
    4.5 機(jī)器人越障動(dòng)力學(xué)研究
        4.5.1 機(jī)器人撐地狀態(tài)動(dòng)力學(xué)建模與分析
        4.5.2 機(jī)器人爬臺(tái)階動(dòng)力學(xué)建模與分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 機(jī)器人越障穩(wěn)定性分析
    5.1 攀越二維崎嶇地形的靜態(tài)穩(wěn)定性分析
    5.2 攀爬斜坡靜態(tài)穩(wěn)定性分析
        5.2.1 正斜坡地形
        5.2.2 側(cè)斜坡地形
    5.3 爬樓梯靜態(tài)穩(wěn)定性分析
    5.4 爬樓梯動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析
        5.4.1 車體與樓梯臺(tái)階一點(diǎn)接觸
        5.4.2 車體與樓梯臺(tái)階兩點(diǎn)接觸
        5.4.3 車體與樓梯臺(tái)階三點(diǎn)接觸
    5.5 本章小結(jié)
第六章 基于多傳感器信息融合的機(jī)器人避障技術(shù)研究
    6.1 機(jī)器人避障系統(tǒng)
        6.1.1 超聲波與紅外傳感器信息融合規(guī)則
        6.1.2 電子羅盤(pán)工作原理
    6.2 基于EKF的多傳感器信息融合方法研究
        6.2.1 機(jī)器人差速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
        6.2.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波方法
    6.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障算法研究
        6.3.1 基于Takagi-Sugeno模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        6.3.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)整算法
    6.4 避障系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
    6.5 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障算法實(shí)現(xiàn)
        6.5.1 輸入變量及隸屬度函數(shù)的確定
        6.5.2 隸屬度函數(shù)的訓(xùn)練
        6.5.3 仿真分析
    6.6 本章小結(jié)
第七章 關(guān)節(jié)式雙履帶移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)研究
    7.1 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    7.2 機(jī)器人越障實(shí)驗(yàn)與分析
        7.2.1 爬樓梯實(shí)驗(yàn)與分析
        7.2.2 爬臺(tái)階實(shí)驗(yàn)與分析
        7.2.3 爬斜坡實(shí)驗(yàn)與分析
        7.2.4 爬碎石堆實(shí)驗(yàn)與分析
    7.3 機(jī)器人復(fù)雜地面通過(guò)性實(shí)驗(yàn)與分析
        7.3.1 復(fù)雜地面通過(guò)性實(shí)驗(yàn)
        7.3.2 沙子地面通過(guò)性實(shí)驗(yàn)分析與討論
    7.4 機(jī)器人避障實(shí)驗(yàn)與分析
        7.4.1 機(jī)器人避障系統(tǒng)
        7.4.2 復(fù)雜路況下避障實(shí)驗(yàn)與分析
    7.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝
作者簡(jiǎn)介



本文編號(hào)：3991917