正交主动轮蛇形机器人机构设计及运动性能研究

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1、北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：刻丞名日期：至翌!望!区丝关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁

2、盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。函E暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：刻丞盖日期：导师签名：盅兰垄日期：2汐／争、占、Z2星里笙：≤!圣妥学位论文数据集中图分类号TP24学科分类号510．8050论文编号密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名刘天龙学号20l1200785获学位专业名称控制科学与工程获学位专业代码0811课题来源国家计委、科委项目研究方向仿生

3、机器人论文题目正交主动轮蛇形机器人机构设计及运动性能研究关键词蛇形机器人，主动轮，机构优化，并联机构，旋量理论，运动学论文答辩日期2014．5．24木论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师曹政才教授北京化工大学机器人技术评阅人1王建林教授北京化工大学智能检测与传感技术评阅人2王颖副教授北京化工大学图像处理评阅人3评阅人4答辩委员会主席王建林教授北京化工大学智能检测与传感技术答辩委员1李伟教授北京化工大学图像处理答辩委员2王颖副教授北京化工大学图像处理答辩委员3崔玉龙副教授北京化工大学电力电子技术答辩

4、委员4袁洪芳副教授北京化工大学故障诊断技术答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要正交主动轮蛇形机器人机构设计及运动性能研究蛇形机器人能够采取灵活的方式在多种地形上运动，在军事侦察、灾害搜救领域展现出广阔的应用前景。然而，对机构地形适应性和运动学研究的不足长期制约蛇形机器人的实际应用。为解决这些问题，本文创造性地提出正交主

5、动轮蛇形机器人设计理念，该理念将仿生并联关节与轮式行走机构有机地融为一体，在保持蛇形机器人串联超冗余度特点的同时提高其执行侦察搜救任务的能力。本文主要工作如下：l、通过机构构型综合法设计正交主动轮和2-UPS／U仿生并联关节机构。从尺度型与自由度角度证明这两种机构有助于提高蛇形机器人的地形适应性和机动性，并且拓展出多种高效率的绳状轮式运动。2、针对实际任务对机器人关节输出力矩的要求，建立关节在工作空间内总体输出力矩的表达式以及运动学约束，采用SQP优化算法以力矩最大为目标对机构参数进行优化，对优化结果进行分析。3、探讨影响机器人机械系统

6、性能的关键因素，在此基础上提出机电融合设计思想，基于该思想研制蛇形机器人单元样机的机械系统和电控系统，对样机运动学和力学性能进行测试，并且设计出面向实际任务的蛇形机器人半自主运动控制系统。4、研究基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法。采用虚设机构法建立任务环境下的蛇形机器人头部位姿表达式。针对绳状轮式运动的特点采用功能分区几何参数法建立形态描述和运动控制策略。T北京化工大学硕士学位论文全文对正交主动轮蛇形机器人机构及运动学进行深入研究，通过理论分析、实验与仿真证明该机构具有较强的抬起能力、较高的运动效率，以及在复杂地形下的高机动性，对

7、侦察搜救蛇形机器人研究具有很高的参考价值。本文提出的运动学建模方法为任务环境下蛇形机器人的运动控制奠定基础。关键词：蛇形机器人，主动轮，机构优化，并联机构，旋量理论，运动学IIABSTRACTMECHANISMDESIGNANDKINEMATICPERFoRMANCERESEARCHoFSNAKE．LIKERoBoTSWITHoRTHoGoNALACTIVEWHEELSSnake—likerobotsshowbroadapplicationprospectsinmilitaryinspectionandemergencyrescuebe

8、causeoftheirflexiblemodeofmotionandhighterrainadaptability．However,thelackofresearchonmechanismterraina