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基于解耦式主动万向脚轮的室内全向移动机器人设计

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1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 全向移动机器人的国内外发展现状

1.3 运动学与动力学模型的研究现状

1.4 本文主要研究的内容

2 解耦式主动万向脚轮的设计

2.1 引言

2.2 脚轮的方案设计

2.3 脚轮的运动学分析

2.4 脚轮的结构设计

2.5 本章小结

3 全向移动机器人的设计

3.1 引言

3.2 移动机器人的方案设计

3.3 移动机器人的运动学分析

3.4 移动机器人的动力学分析

3.5 本章小结

4 全向移动机器人的运动学仿真

4.1 引言

4.2 机器人运动学仿真目的

4.3 机器人侧行功能仿真

4.4 机器人原地转向功能仿真

4.5 本章小结

5 移动机器人的寄生功率分析

5.1 引言

5.2 全向移动机器人的寄生功率分析

5.3 实例分析

5.4 仿真数据及分析

5.5 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

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摘要

随着工业自动化时代的到来,移动操作机器人的应用性技术性成为人们提高生产率,降低产品成本的关键性技术,它被广泛的应用在各个领域。随着机器人技术的不断发展和生产力要求的不断提高,移动机器人的机动性,灵活性成为人们衡量移动机器人的主要性能指标,尤其是在室内狭小空间内作业的机器人,对这一技术指标的要求更是严格,因此,一种具有高机动性,高灵活度的适用于室内狭小空间内作业的移动机器人的出现成为解决该问题的理想方案。解耦式主动万向脚轮式全向移动机器人具有3个平面运动自由度,其机动性强,移动灵活性高,可以为室内狭小的工作空间内作业的移动机器人提供一个良好的解决方案。
  本文设计了一种新的具有运动解耦功能的主动万向脚轮,实现了万向脚轮的转向运动和滚动运动的无耦合独立控制。并且文中也设计了一种基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人,建立了其运动学模型,通过MATLAB对其运动学模型进行仿真。仿真结果表明:基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人可以实现侧行和原地转向功能,为室内狭小空间内作业的移动机器人提供一个理想的解决方案。同时,本文还介绍了基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人的动力学建模的方法,并对采用两个解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人进行动力学建模,为移动机器人的设计过程中的电机选型以及后期移动机器人的力混合控制提供一个理论依据。另外,主动万向脚轮式全向移动机器人运动过程中存在运动不协调问题,这种不协调问题会引起机器人车体的振动,机器人机械零部件的加速磨损问题,但是,我们只能大体的观察出运动不协调问题的存在,不能详细的看出其具体存在状况。文中作者用轮式车辆寄生功率的分析方法对移动机器人的运动不协调性进行分析,通过寄生功率系数将这种运动不协调程度以数值的形式直观的表现出来,为移动机器人运动不协调问题的分析提供了一个理论基础。

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