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蛇形机器人步态研究及在桥梁缆索检测中的应用

蒋湘军

  当今对仿生机器人的研究越来越多,从机器狗、仿人机器人,到各种微型仿生机器人,蛇形机器人也由于其特殊的结构以及非常强的环境适应能力获得了广泛的研究。蛇形机器人的步态多样,而且会因为本体结构的不同设计而能实现不同的步态。本课题在蛇形机器人形态学基础上利用微分几何知识研究蛇形机器人的步态规划,为蛇形机器人步态规律提出完整的数学描述,并将所设计的步态运用到桥梁缆索检测中。本文主要的研究内容如下: (1)设计蛇形机器人本体结构系统,其中主要采用正交关节结构,这种关节结构简单,但可以实现多种步态,最重要的是可以较容易实现三维螺旋爬杆运动,这步态为蛇形机器人在桥梁缆索检测上的应用奠定了基础。 (2)建立蛇形机器人运动学模型和动力学模型,运动学模型描述蛇形机器人运动过程中的形状特性,动力学模型描述蛇形机器人的力与运动之间的关系。运动学模型主要将蛇形机器人抽象成连杆模型,分析蛇形机器人在运动过程中各关节的位置与方向;而动力学模型是建立蛇形机器人的粘性摩擦力模型,利用牛顿-欧拉方程来建立,分析蛇形机器人的运动本质。 (3)分析自然界中蛇的运动轨迹,研究其运动规律,利用扩展Frenet-Serret公式为蛇形机器人的步态运动提出完整的数学描述,并在仿真软件与实体蛇形机器人中实现蛇形机器人的二维、三维步态运动。 最后基于蛇形机器人的三维螺旋运动,对蛇形机器人的桥梁缆索检测中的应用进行了分析讨论。……   
[关键词]:蛇形机器人;步态规划;运动学;动力学;微分几何;Frenet-Serret;桥梁缆索检测
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华南理工大学2011年