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電力鐵塔攀爬機器人
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  • 本文基于雙足并聯腿爬塔機器人的實驗平臺,對機器人的并聯腿結構進行了運動學的正反解,評估了其工作空間,并根據其足底工作空間和工作環境的特點對其足端軌跡進行了規劃,得到了一種比較理想的足端軌跡曲線,并利用貝塞爾曲線對軌跡進行了插值與擬合。
    本文針對電力鐵塔半結構化的三維桁架結構,設計了一種基于先驗知識的實時路徑規劃方法。該方法根據半結構化環境的特點建立障礙物參數化模型,在運動的過程中只需要提取少量特征點即可實現與參數化模型的對比,從而確定障礙物的類型,節約了系統實時建立整個環境模型的時間,大大的提高了實時規劃的效率。
    本文基于雙足并聯腿爬塔機器人的實驗平臺,對機器人的并聯腿結構進行了運動學的正反解,評估了其工作空間,并根據其足底工作空間和工作環境的特點對其足端軌跡進行了規劃,得到了一種比較理想的足端軌跡曲線,并利用貝塞爾曲線對軌跡進行了插值與擬合。
    本文針對電力鐵塔半結構化的三維桁架結構,設計了一種基于先驗知識的實時路徑規劃方法。該方法根據半結構化環境的特點建立障礙物參數化模型,在運動的過程中只需要提取少量特征點即可實現與參數化模型的對比,從而確定障礙物的類型,節約了系統實時建立整個環境模型的時間,大大的提高了實時規劃的效率。
    在文章的最后使用 Adams-Matlab 對控制系統進行了仿真,驗證了規劃得到的足跡與規劃算法,驗證結果比較好的符合了設計結果,并對誤差進行了分析與處理。
    關鍵詞:爬塔機器人;并聯機構;軌跡規劃;運動控制;

    ABSTRACT

    Based on the experimental platform of the parallel-legged tower-climbing robot, this paper carries out the kinematics and forward solutions of the leg structure of the robot, evaluates its working space, and based on the characteristics of its plantar working space and working environment. After planning, an ideal foot-end trajectory curve is obtained, and the interpolation and fitting of the trajectory are performed by using the Bezier curve.
    Aiming at the semi-structured three-dimensional truss structure of power tower, this paper designs a real-time path planning method based on prior knowledge. The method establishes an obstacle parametric model according to the characteristics of the
    semi-structured environment. In the process of motion, only a small number of feature points need to be extracted to achieve comparison with the parametric model to
    determine the type of obstacle, thereby saving the system to establish the whole in real time. The time of the environmental model greatly improves the efficiency of real-time planning. At the end of the paper, the control system is simulated by Adams-Matlab.
    The footprint and planning algorithm obtained by the planning are verified. The verification results are in good agreement with the design results, and the errors are analyzed and processed.
    Key words: climbing robot; parallel mechanism; trajectory planning; motion
    control;

    目 錄

    摘 要 3
    ABSTRACT 4
    1緒 論
    1.1課題研究背景與意義 7
    1.2爬塔機器人綜述與國內外研究現狀 8
    1.3主要工作與內容安排 12
    2爬塔機器人 Delta 腿結構動力學分析
    2.1爬塔機器人結構與 Delta 機構概述 14
    2.2運動學 15
    2.2.1數學模型建立 15
    2.2.2運動學正解 16
    2.2.3運動學反解 19
    2.3工作空間 20
    2.4足端軌跡規劃 21
    2.4.1足端路徑規劃 22
    2.4.2足端軌跡加速度規劃 23
    2.4.3軌跡擬合與插值 25
    2.4.4關節空間運動規劃 27
    3路徑規劃與控制
    3.1路徑規劃 29
    3.1.1規劃算法 29
    3.1.2步態分析 31
    3.1.3障礙物分析 32
    3.1.4障礙物參數化建模 33
    3.1.5半參數化三維桁架結構高速路徑規劃 35
    3.2 仿真 37
    3.3硬件系統 38
    3.4控制系統 38
    4實驗與誤差分析
    4.1行走實驗 41
    4.2軌跡誤差分析 42
    4.3提高精度的方法 43
    5總結與展望
    5.1課題研究總結 44
    5.2展望與方向 44
    參考文獻 46
    致 謝 49...
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