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多面体机器人姿态检测技术研究

多面体机器人姿态检测技术研究

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作者：任文强北京交通大学

学位级别：硕士

随着机器人技术的不断发展,机器人在军事及航空航天领域中扮演越来越重要的角色,利用移动机器人进行军事侦察、代替人类进行太空探索逐渐成为一种趋势。然而复杂的环境因素使得传统的移动机器人无法满足人类的探索需求。多面体机器人超... 详细信息

随着机器人技术的不断发展,机器人在军事及航空航天领域中扮演越来越重要的角色,利用移动机器人进行军事侦察、代替人类进行太空探索逐渐成为一种趋势。然而复杂的环境因素使得传统的移动机器人无法满足人类的探索需求。多面体机器人超强的变形能力以及对复杂环境的适应能力,使得其成为解决人类实践问题的新途径。然而,传统的姿态检测方法无法实现对多面体机器人姿态检测的目标,而且复杂的环境对姿态检测系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。基于此背景,本文对多面体机器人的姿态检测技术进行研究,主要研究内容包括以下几个方面：首先,建立了多面体机器人运动学通用模型。针对某种构型的多面体机器人,对其结构特点进行了研究分析,发现多面体机器人的姿态可以通过机器人元件之间的相对位置关系来表示,在此基础上,结合经典矩阵理论推导出多面体机器人运动学通用模型。其次,建立了四面体机器人运动学模型。以一款新型的四面体机器人为对象,首先研究了该机器人的运动原理,根据多面体机器人运动学通用模型得出该四面体机器人的运动学模型。再次,实现了基于卡尔曼滤波器的姿态角多数据融合算法。单一传感器检测机器人顶点模块的姿态角时,存在累积误差及响应迟滞现象。针对这一问题本,本文提出了一种以卡尔曼滤波器为基础的多数据融合算法,并以四面体机器人顶点模块为对象,设计了姿态角检测单元,进行了数据融合算法验证实验。最后,完成了系统设计与实验分析。根据四面体机器人的姿态检测模型,结合姿态角多数据融合算法,设计了四面体机器人姿态检测系统并完成了实验。结果表明,本文设计的四面体最小姿态检测系统能够捕捉机器人在不同运动状态下的姿态,提出的多面体机器人运动学模型切实可行。

关键词：多面体机器人运动学建模姿态检测系统多数据融合

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可变形多面体路障机器人研究

可变形多面体路障机器人研究

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作者：李金铭北京交通大学

学位级别：硕士

当今,履带式作战车辆层出不穷。针对履带车辆的传统路障多为固定形式,且需要提前布设。为应对现今履带式车辆,阻拦其移动,本论文对可变形多面体路障机器人进行研究。目的是提升反履带式车辆装置的灵活性,升级反履带式车辆装置的功能。... 详细信息

当今,履带式作战车辆层出不穷。针对履带车辆的传统路障多为固定形式,且需要提前布设。为应对现今履带式车辆,阻拦其移动,本论文对可变形多面体路障机器人进行研究。目的是提升反履带式车辆装置的灵活性,升级反履带式车辆装置的功能。首先对履带车辆以及传统阻拦履带的设施进行了调查与研究,分析传统式路障设施的机理,了解多面体机器人的相关研究进展现状。创新性地提出了以多面体作为基本构型的可变形多面体路障机器人。分析相关设计需求,机器人应当采取简单可靠的构型。对多面体进行选型,选择类正四面体作为基本构型。为达到阻拦履带车辆的目的,分析履带车辆的相关参数,从而设计多面体的相关参数。随后进行变形与移动方案的选择。为应对作战工况,机器人应当具有较快移动速度,故采用轮式移动与多面体机器人连杆变形相结合的方式。分析比对几种构型的优劣,确定采用3-RRS的构型进行机器人设计。为确定可变形多面体路障机器人的变形情况,计算其机构自由度,之后对其进行运动学计算与理论分析。采用六边形来设计平台,列出机构整体参数。对可变形多面体路障机器人进行动力学仿真分析,验证其运动和变形。最后对可变形多面体路障机器人的样机进行具体的设计,包括移动方案,杆件、锁止装置、缓冲装置与伪装设施的设计。对关键的部分进行力学校核分析。选择制作缩比样机,进行加工方式的选择,转动副机构的详细设计,移动结构的详细设计。进行电机的计算、选型以及安装。对控制模块也进行了选型。最后进行样机的相关试验,验证样机的变形,从而证明样机的可行性。可变形多面体路障机器人的研究能够提高我国军事上阻拦履带式作战车辆的能力,对我国的军工事业发展有着积极的推动作用。同时此装置可以继续强化开发,进行深入研究,在许多领域都有广阔的使用前景。

关键词：多面体机器人路障设施反履带机器人并联机构

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