2014年哈工大继续教育机械工程专业课作业第2部分参考

2014年哈工大继续教育机械工程专业课作业第2部分参考,有利于学生进一步分析和更好的完成作业。仅做参考,特此提示。

2014年黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训

机械工程专业作业参考4-5题

说明：

中、高级职称学员“专业课作业”为论述题1-5题；同时提交3000字左右“学习心得”一篇。

论述题

4.试述轮式移动机器人的位置控制精度远不如操作臂型机器人定位精度，为实现大范围内灵活移动和较高操作定位精度，试给出采用轮式移动机器人与操作臂型机器人联合创新设计的方案及完成作业控制策略。

机器人如何知道自己所在的位置？

移动机器人一边移动一边知道自己所处的位置是非常重要的而且也是必须的。移动机器人是用计算机控制来工作的。计算机对所有的信息进行数字处理，移动机器人的位置和姿态是用数字表示的。即在地面上建立二维坐标系，将移动机器人坐标位置与方向用数值表示即可以了。机器人的移动环境地图可以描述在同一坐标系中，从当前的位置姿态来看立即就能明白移动机器人在地图上位于何处。

测程法：是移动机器人推定当前所处位置和姿态常用的方法，是对车体速度积分的方法。车体的速度是根据车轮单位时间转过的角度求得的。因此，由单位时间内车轮转角的积分就可以计算出移动机器人当前所的位置和姿态。这些物理量当然能够有传感器测得。

上述有关移动机器人位置和姿态推算的测和法是最基本的方法。可是，当机器人车轮一旦产生滑移，如上所述方法中积分挖法就会产生误差。行走距离越远产生的误差就越大。

车轮的回转角、角速度的测量方法

独立二轮驱动型移动机器人的行进方向速度V和回转角速度ω可用公式计算出来。因此为用测程法计算行进方向速度V和回去转角速度ω，测量回转轴转角的传感器除上述提到的光电编码器外，还有测速电机、电位计等等。

轮式移动机器人的控制方法：

由与位移成比例的操纵机构操纵的直线行走；

与位移、位移的时间微分成比例操纵方法的直线行走；

独立二轮驱动型移动机器人的直线行走。

直线行走控制方法的总结：

其控制系统构成要点如下：

a. 测量偏离期望行走直线的θ和η过，以及移动机器人的回转角速度ω；

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b. 若为转向操纵车轮型移动机器人，用公式计算转向角的目标值。在该目标值下控制转向角。并以实现行进速度目标值σref进行速度控制。

c.若为独立二轮驱动型移动机器人，用公式计算机器人的目标回转角速度ωref。进一步地，由行进速度目标值vref和ωref，用公式求得左右驱动轮的回转角速度，控制左右驱动轮的回转角速度。

移动机器人作为机器人系统中的一个重要的分支,近年来已经成为机器人应用领域一个热点。开展机器人移动机构的开发和研制工作,根据不同工环境的要求开发了多种多样的移动机构。其中全方位移动机构因为其独特的优点,如高精度的定位性、原地自转功能以及二维平面上的全方位移动运动能力,成为了机器人移动机构研究的重点。设计一种基于Mecanum轮系的四轮全方位移动混联式操作臂机器人,深入研究了全方位移动机构的运动特性,并在此基础上对机构的控制方案进行设计与研究。 首先从Mecanum轮的结构和基本运动原理,分析由4个Mecanum轮组成的全方位移动机构系统的运动规律,建立了该系统的运动学、动力学模型。根据Mecanum轮的运动原理,对辊子的轮廓形状进行了研究,获得轮廓的参数化方程,根据实际要求确定了全方位移动机构系统的机构的主要参数,完成了相应的结构设计。 在移动平台的基础上,提出了一种新型基于差动驱动的串、并联操作机械臂,该机械臂结合了串、并联机器的优点,具有较大的抓取/自重比。建立了该机械臂的数学模型,对其进行了正、反运动学的分析,运用SolidWorks对机械臂个部件进行了3D详细设计,采用ADAMS软件对机器人系统进行运动学和动力学仿真分析。通过仿真分析验证了所提方案的正确性合理性。 最后就机器人的控制系统提出总体设计思想,讨论了驱动电机的选择、调速以及驱动电路的实现等,并且通过Matlab/SimuLink模块完成电机以及PWM信号的仿真,为研发这种新型全方位移动混联式操作臂机器人提供了必要的基础。 研究的机器人系统运动灵活、稳定、承载能力强,可以实现平面内的全方位移动,应用前景比较广阔,可用于空间较为狭小的清扫、搬运、装配等工作。

5.在可适用于轮式移动机器人的地面环境内，有需要上下多级台阶的作业需要机器人完成，试分析论述给出轮式移动机器人与双足（或四足、六足）步行机器人联合使用创新设计的方案和完成作业控制策略。

同轮式移动机器人相比，四足、六足步行机器人具有步行稳定、可跨越障碍、上下台阶等特点，在室内、室外以及野外不平整地面都可等到稳定步行和越障的行走效果，。

它的优点：第一，足式机器人的运动轨迹是一系列离散的足印，轮式和履带式机器人的则是一条条连续的辙迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物，可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限，这意味着轮式和履带式机器人在这种地形中已经不适用。而足式机器人对环境的破坏程度也较小。

第二，足式机器人的腿部具有多个自由度，例运动的灵活性大大增强。它可以通过调节腿的长度保持身体水平，也可能通过腿 的伸展程度调整重心的位置，因此，不易翻倒，稳定性更高。

第三，足式机器人的身体与地面是分离的，这使机器人的身体可以平衡地运动而不必考虑

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地面的粗糙程度和腿的旋转位置。当机器人需要携带科学仪器和工具工作时，首先将腿部固定，然后精确控制身体在三维空间中的运动，就可以达到对对象进行操作的目的。

存在缺点：1）有些多足步行机器人体积和重量都很大。2）大多数多足步行机器人研究平台的承载能力不强从而导致它们没有能力承载视觉设备。3）步行敏捷性方面。其行走效率低，而且在机器人动步态步行方面的研究比较缺乏。4）多足步行机器人的控制方法需要改进。5）能源问题。寻求新型可靠的能源为机器人供电，实现机器人时间在户外行走的目标。

未来多足步行机器人的研究方向有如下几个方面：

1）足轮组合式步行机器人， 2）仿生步行机器人。实际上这三种机器人都有各自的特点和适用场合，可以互相拟补各自的不足，互相取长补短，可以进行联合创新设计以满足多种工艺美术品环境下的实际需要，扩大机器人作业范围、作业类型。

设计的机器人行走机构主要性能指标要求如下：

①总体机构尺寸；②自重；搭载重量；③峰值速度；正常速度m/s；④能爬越垂直高度，障碍，可爬越普通标准楼梯；⑤爬坡能力不小于。

小型轮式机器人为研究对象，结合当前轮式机器人技术的发展，提出所需要的功能和需要满足的性能和指标，

设计出小型轮式机器人行走机构。小型轮式机器人行走机构可做为探测、侦查、以及防爆等作业的搭载平台。

通过对国内外轮式机器人的性能以及结构的研究概况的调查分析，将国内外几种典型的轮式机器人行走机构的研究比较，总结并综合了其各自的优缺点，结合本文所研究的机器人的功能，提出小型四轮和六轮机器人行走机构的 …… 此处隐藏：1996字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……