履帶式移動機器人在災場搜救、星球探測、軍事勘察和反恐防暴等非結構環(huán)境領域得到了廣泛應用。鑒于該類機器人廣闊的應用前景及技術上的挑戰(zhàn)性,使其已經(jīng)成為機器人領域的研究熱點和難點。如何提高履帶式移動機器人在復雜環(huán)境中的越障穩(wěn)定性、全地形通過性和抗振抗擊性等,目前則成為與該機器人相關的研究關鍵和前沿問題,也是涉及該類機器人能否成熟應用的根本問題。因此,本文提出了一種具有新結構的關節(jié)式履帶可變角度的移動機器人,并對機器人履帶與地面相互作用機理、質(zhì)心運動學及動力學建模、越障動作規(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等方面展開了深入研究。論文首先提出一種關節(jié)式雙履帶可變角度的移動機器人機構的實現(xiàn)方法,采用該技術方法的機器人本體通過旋轉關節(jié)來連接前、后兩部分,當機器人遇到臺階、樓梯等障礙物時,前、后兩部分可通過旋轉關節(jié)的相對運動來調(diào)整機器人的本體姿態(tài),從而使機器人具有良好的全地形通過性和越障穩(wěn)定性。針對機器人越障時履帶容易發(fā)生松弛或脫落的問題,又提出了一種履帶壓緊被動伺服調(diào)節(jié)方法,該方法巧妙利用關節(jié)動作時履帶變角度所產(chǎn)生的力之間的相互作用關系,使履帶上的齒在履帶運動過程中能很好地...

【文章頁數(shù)】：177 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究意義
    1.2 國內(nèi)外履帶式移動機器人研究現(xiàn)狀
    1.3 行駛機構與地面作用機理研究現(xiàn)狀
        1.3.1 輪子與地面作用機理研究現(xiàn)狀
        1.3.2 履帶與地面作用機理研究現(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 移動機器人避障技術研究現(xiàn)狀
        1.5.1 采用傳感器的避障技術研究現(xiàn)狀
        1.5.2 智能化避障技術研究現(xiàn)狀
    1.6 主要研究內(nèi)容
    1.7 論文的組織結構
第二章 機器人結構特征及運動分析
    2.1 機器人的本體機構
        2.1.1 本體機構構建
        2.1.2 機器人機構組成
        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 履帶被動伺服調(diào)節(jié)機構
    2.2 機器人控制系統(tǒng)構建
        2.2.1 控制系統(tǒng)硬件總體結構
        2.2.2 主控模塊及系統(tǒng)軟件架構
        2.2.3 混合式控制體系結構
    2.3 機器人運動分析
        2.3.1 機器人基本運動分析
        2.3.2 機器人越障運動模式
    2.4 本章小結
第三章 基于地面力學的履帶與地面相互作用機理研究
    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)學模型仿真分析
    3.4 本章小結
第四章 機器人運動學和動力學研究
    4.1 機器人轉向運動學研究
    4.2 機器人轉向動力學研究
        4.2.1 轉向過程分析
        4.2.2 轉向受力分析
        4.2.3 轉向動力學建模
    4.3 機器人越障運動學研究
        4.3.1 質(zhì)心運動學模型的建立
        4.3.2 基于質(zhì)心運動學的越障動作規(guī)劃
    4.4 基于質(zhì)心運動學的越障性能分析
        4.4.1 質(zhì)心對越障性能的影響
        4.4.2 最大越障高度分析
    4.5 機器人越障動力學研究
        4.5.1 機器人撐地狀態(tài)動力學建模與分析
        4.5.2 機器人爬臺階動力學建模與分析
    4.6 本章小結
第五章 機器人越障穩(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 側斜坡地形
    5.3 爬樓梯靜態(tài)穩(wěn)定性分析
    5.4 爬樓梯動態(tài)穩(wěn)定性分析
        5.4.1 車體與樓梯臺階一點接觸
        5.4.2 車體與樓梯臺階兩點接觸
        5.4.3 車體與樓梯臺階三點接觸
    5.5 本章小結
第六章 基于多傳感器信息融合的機器人避障技術研究
    6.1 機器人避障系統(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 機器人差速移動運動學模型
        6.2.2 擴展卡爾曼濾波方法
    6.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡避障算法研究
        6.3.1 基于Takagi-Sugeno模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)結構
        6.3.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)調(diào)整算法
    6.4 避障系統(tǒng)控制器設計
    6.5 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡避障算法實現(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)的訓練
        6.5.3 仿真分析
    6.6 本章小結
第七章 關節(jié)式雙履帶移動機器人的實驗研究
    7.1 機器人實驗系統(tǒng)
    7.2 機器人越障實驗與分析
        7.2.1 爬樓梯實驗與分析
        7.2.2 爬臺階實驗與分析
        7.2.3 爬斜坡實驗與分析
        7.2.4 爬碎石堆實驗與分析
    7.3 機器人復雜地面通過性實驗與分析
        7.3.1 復雜地面通過性實驗
        7.3.2 沙子地面通過性實驗分析與討論
    7.4 機器人避障實驗與分析
        7.4.1 機器人避障系統(tǒng)
        7.4.2 復雜路況下避障實驗與分析
    7.5 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝
作者簡介



本文編號：3991917