人工智能-机器学习-模块化可重组机器人运动规划方法研究.pdf资源-CSDN文库

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国防科学技术大学研究生院学位论文

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引言

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模块化可重组机器人四足步行运动规划思想

模块化可重组机器人四足步行运动规划

小结

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第五章

仿真与实验

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模块化可重组机器人四足步行运动仿真.

实验

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小结

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第六章

结束语

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全文总结

........................

模块化可重组机器人研究的展望

模块的综合能力将会提高

.......

机器人通信能力将有所改善

机器人运动能力将有所加强

.........





致谢

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参考文献

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附录一

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附录二三次多项式插值



第

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国防科学技术大学研究生院学位论文

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Key

words:

Modular

Reconfigurable

Robot;

Motion

Pattern;

Motion

Pbnning;

Kmematics;



Saake-like

Creeping;

Caterpillar-like

Rolling;

Four-legged

Walking

第

］

页

国防科学技术大学研究生院学位论文

第一章绪论



弓



言

自



世纪



年代初美国



公司推出第一台工业机器人



以来

，

经过



余年的发展

，

机器人技术已经取得了长足的进步

。

到



世纪



年代后期

，

机器人技术

不但在工业领域得到了广泛的应用

，

而且还在军事

、

医疗

、

服务

、

娱乐

、

农业等非工业领

域得到应用

。

但是

，

这些机器人要么实现的运动方式比较单一

，

要么执行任务的能力比较

有限

，限制了它们的应用范围

。

随着机器人应用范围不断扩大

，

这就需要它们能够同时实现多种运动方式和具有多种

工作能力

。

模块化可重组机器人就能够满足这一需要

。

它能够根据外界的环境的变化

，

改

变自身结构

，

从而提高它们适应环境的能力

。

于是

，

人们把目光转向对模块化可重组机器

人的研究

，

并日渐感兴趣

。



研究模块化可重组机器人的意义

自上世纪



年代以来,模块化可重组机器人









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技术的

研究一直是机器人领域中最感兴趣的课题之

，

是机器人研究领域中一个新的分支

。

模块化机器人专家



指出

；

“

机器人在进行产品加工的时候

，

很难获得适合各

种加工情况的机械手

。

在许多情况下

，

需要在工作空间

、

速度

、

负载和强度之间做一些协

调

。

为此

，

可以提出将电子产品生产中的模块化概念运用到机器人上

，

即所谓的模块化机

器人

。

它是由多个关节模块单元和连杆模块单元装配而成

。

每一个模块都具备一定的计算

、

感觉和互相沟通信息的能力

。

”

一般地

，

该机器人的模块要具备以下基本功能

：



⑵

⑶



模块化可重组机器人在理论上可以仿效任何一种运动方式

，

从而得到各自不同的运动

能力

。

它们能根据地形

、

环境

，

还有所执行的任务不同

，

可以自由组合

，

随时

“

变形

”

，

就像卡通片

《

变形金刚

》

或者科幻片

《

未来战士续集

》里的机器人一样

。

和那种

“

家政服

务类

”

机器人不同

，

这些可以自我组装的机器人要机灵得多

，

它们可以完全不需要人的参

与

，

自动改变它们的外形

。

比如

，

为了穿过一条狭窄的隧道

，

模块化可重组机器人可以自

动

“

变

”

成一条蛇的形状

；

而为了通过一段崎岖不平的地带(比如月球表面

〉

，

机器人又

可以自动

“

长

”

出许多条

“

腿

”

来,接着它还可以再变形

，

爬上楼梯

，

进入大楼

。

模块应具有自封装的功能

，

能完成某一特定功能:

模块应具有驱动能力

，

能完成特定的运动和动作;

模块应具有通信能力

，

以便各模块能协调工作

；

模块应具有数据处理能力

。

第

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国防科学技术大学研究生院学位论文

由于模块化可重组机器人能够适应各种各样的环境

，

完成相应的任务

，

所以

，

它在许

多领域具有良好的应用前景

。

在航空航天领域

，

可用其作为行星表面探测器和轨道卫星的

柔性手臂

：

工业上

，

可应用于多冗余度柔性机械手战争上

，

它的高冗余度非常适合于

条件十分恶劣而又要求高可靠性的战场

，

可以对战场进行实地侦察和排除爆炸物

；

医学上,

可以让外科手术更安全

：

还可以在深海探险

，

清洗高楼大匱

，

对火力发电厂

、

核电厂

、

化

工厂

、

民用建筑等用到各种各样微小管道进行定期检修

，

或者在震后穿过瓦砾废墟营救遇

难人员等等

。

总之

，

研究摸块化可重组机器人有着重要的意义

，

主要表现在以下几个方面

：



、

有着非常广阔的应用前景

。

它可以应用到工业

、

农业

、

军事

、

科技和服务等各行

各业

。



、

生产成本不高

。

因为只要模块被设计出来

，

就可以大批量生产

，

总的费用较低

，

单个模块的性价比高

，

而且还可以根据需要加工模块

。



、

模块化可重组机器人的功能强大

。

理论上

，

它可以完成任何工作

，

特别是传统机

器人完成不了的工作

。



、

对它进行硏究可以促进其它相关学科的发展

。



课题研究的背景

运动规划又叫轨迹规划

，

是在机械手运动学和动力学的基础上

，

讨论关节空间和笛卡

尔空间中机器人运动的轨迹规划和轨迹生成的方法

。

也就是说

，

运动规划是根据作业任务

的要求

，

计算出预期的运动轨迹

。

对于关节变量空间的规划来说

，

要规划出关节变量的时

间函数

，

以便描述机器人的预定任务

。

在笛卡尔空间规划中

，

要规划出机器人执行器末端

位置的时间函数

，

而相应的关节位置可根据机器人的逆向运动学导出

。

运动轨迹是机器人

工作的依据

，

它决定了它的工作方式和效率

，

机器人要完成某种操作

，

就必须对其运动轨

迹进行规划

，

因此研究机器人运动规划尤为重要

。

机器人运动规划的研究起源于上世纪



年代末

，

国内外对机器人运动规划已经进行

了大量的研究

，

学者们从不同角度来研究相应的规划算法

，

以使机器人菽得良好的动态控

制品旗

。

对于不同的机器人

，

所采用的运动规划方法是不一样的

。

这些方法都各有优缺点

，

没有一种方法能够适用于任何场合

。

总括起来

，

大致可以分成两类

。



、

基于运动学

、

动力学计算的方法

这种方法是从运动学和动力学角度出发

，

对机器人的运动进行抽象而形成便于工程实

现的模型化方法

。

文献







在分析机器人运动学和动力学特性的基础上

，

提出了一种有效的机器人运动

规划新方法-末端初始位置法

。

这种方法在保证机器人末端轨迹大小

、

形状

、

方向不变的

情况下

，

通过调节机器人的末端初始位置来规划机器人的关节运动

，

降低了机器人末端的

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