文献类型：学位论文

中文题名：弹复性机器人原型设计及其自主对接技术研究

作者：刘俊凯[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：章文俊;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：弹复性机器人;公理化设计;自主对接;运动学

摘要：机器人的弹复性是指机器人系统在局部受损后,在不借助外界协助的情况下,机器人通过改变自身结构来恢复其原有功能的能力。弹复性机器人是指具有弹复性这一特性的机器人。机器人的弹复性可以降低系统失效的可能性,提高机器人系统在极端恶劣和封闭环境中的生存能力,同时,本课题将欠驱动的概念融入其中,使其具有更广泛的研究意义。本课题致力于研发出一种具有弹复性的欠驱动模块化机器人系统,主要研究内容为:(1)研发一种弹复性欠驱动机器人模块,其设计理论基础是公理化理论。根据对弹复性机器人的公理化设计分析,设计一种具有欠驱动和弹复性特性的机器人模块-ReBot,包括机械系统、控制系统、监控系统、驱动系统以及通讯系统。使用3D打印方式制作模块零件,并搭建机器人模块原型机。(2)研究弹复性机器人之间的自主对接技术,得出一种基于红外传感器技术的自主对接方法。分析机器人模块之间进行自主对接的对接平面之间偏移量的计算方法并对其进行验证,得出机器人模块之间的自主对接策略。设计一种基于LabVIEW软件的弹复性机器人自主对接辅助软件,该软件可以通过调用MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱完成自主对接过程中的复杂计算。(3)用三个ReBot模块组成弹复性机器人系统,并使用D-H参数法对其进行运动学分析,得出末端模块的位姿矩阵以及给定目标位姿矩阵情况下的运动学逆解。利用MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱,对机器人进行运动学仿真分析及其轨迹规划仿真。(4)搭建单个模块实验平台,对单个机器人模块的负载能力、对接能力以及驱动状态转换能力进行实验验证。搭建ReBot机器人系统自主对接实验平台,设计ReBot机器人系统自主对接实验流程,并根据实验设计搭建其自主对接实验平台,验证整个系统中上位机、中继单元以及机器人模块的可靠性以及自主对接算法的可行性。本课题完成了一种新型的欠驱动、模块化弹复性机器人的设计与制造,该机器人可以实现在系统局部受损后的自修复。