本文研究了水陆两栖球形机器人的机械结构和控制系统,重点分析了该构型机器人的驱动机理,建立了球形机器人输入输出关系以及状态变量的变化曲线,并运用牛顿-欧拉法建立了动力学模型以及进行了运动学分析。在仿真方面,利用Matlab仿真软件进行模拟测试,并根据仿真结果验证了机械机构设计的合理性,确认该设计能满足实际应用要求,并能实现预定功能。
关于两栖球形机器人的机械结构分析,这是机器人设计中的基础环节。两栖球形机器人需要适应在水陆不同介质下的运动,因此其机械结构设计必须兼顾两种环境下的运动效率和稳定性。此外,球形设计相较于传统多面体设计有着更好的稳定性,以及在流体动力学上更小的阻力,这是其设计的一个显著优势。
研究中提到的驱动机理对机器人控制系统至关重要。驱动机理的研究包括了电动机的选择、驱动模式的设计等。球形机器人通常采用轮式、履带式或滚动式驱动。驱动机理的研究将决定机器人如何在不同的表面上移动,以及在不同环境下的运动策略。
第三,关于动力学模型的建立,这里作者使用了牛顿-欧拉法。牛顿-欧拉法是一种建立在经典力学基础上的动力学分析方法,它通过力和力矩的计算来研究物体的运动。在球形机器人的动力学分析中,这有助于准确计算机器人在各种动作下的加速度、速度和位置等状态变量。
在控制系统的实际实现方面,文中提到了Matlab仿真软件的应用。Matlab是一种广泛应用于工程领域的计算软件,其仿真环境非常适合进行动态系统的研究。通过Matlab仿真,可以在真实制作机器人之前对其性能进行预测和优化。
此外,文中还提到了无线通信技术的应用。在两栖球形机器人中,无线通信用于控制指令的传输和传感器数据的回传。文中提到的NRF24l01模块是一种常用的无线通信模块,它可以实现两栖球形机器人与控制中心的通信,确保机器人能够在复杂环境中准确执行操作指令。
在硬件选择方面,文中提到了一些关键的电子元件,例如STM32微控制器、MPU6050传感器等。STM32系列微控制器以其高性能和低功耗特点,在机器人控制系统中得到了广泛应用。而MPU6050是一个集成了加速度计和陀螺仪的传感器,它可以实时地监测机器人的运动状态,并为控制系统提供必要的反馈信息。
在文献标识码中出现了TP242,这可能是指该文献在某个数据库中的分类代码,通常用于文献检索时的分类和索引。文章编号1003-9767(2018)12-080-05则具体指明了文献在期刊中的位置。
本文对于水陆两栖球形机器人控制系统的研究,涵盖了机械结构、动力学模型、仿真测试、无线通信和硬件选择等多个方面。该研究不仅对两栖球形机器人的设计与实现提供了理论支持,也为未来相关领域的研究提供了宝贵的参考。