电力铁塔攀爬机器人
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- 本文基于双足并联腿爬塔机器人的实验平台，对机器人的并联腿结构进行了运动学的正反解，评估了其工作空间，并根据其足底工作空间和工作环境的特点对其足端轨迹进行了规划，得到了一种比较理想的足端轨迹曲线，并利用贝塞尔曲线对轨迹进行了插值与拟合。
本文针对电力铁塔半结构化的三维桁架结构，设计了一种基于先验知识的实时路径规划方法。该方法根据半结构化环境的特点建立障碍物参数化模型，在运动的过程中只需要提取少量特征点即可实现与参数化模型的对比，从而确定障碍物的类型，节约了系统实时建立整个环境模型的时间，大大的提高了实时规划的效率。
本文基于双足并联腿爬塔机器人的实验平台，对机器人的并联腿结构进行了运动学的正反解，评估了其工作空间，并根据其足底工作空间和工作环境的特点对其足端轨迹进行了规划，得到了一种比较理想的足端轨迹曲线，并利用贝塞尔曲线对轨迹进行了插值与拟合。
本文针对电力铁塔半结构化的三维桁架结构，设计了一种基于先验知识的实时路径规划方法。该方法根据半结构化环境的特点建立障碍物参数化模型，在运动的过程中只需要提取少量特征点即可实现与参数化模型的对比，从而确定障碍物的类型，节约了系统实时建立整个环境模型的时间，大大的提高了实时规划的效率。
在文章的最后使用 Adams-Matlab 对控制系统进行了仿真，验证了规划得到的足迹与规划算法，验证结果比较好的符合了设计结果，并对误差进行了分析与处理。
关键词：爬塔机器人；并联机构；轨迹规划；运动控制；
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 录
摘 要 3
ABSTRACT 4
1绪 论
1.1课题研究背景与意义 7
1.2爬塔机器人综述与国内外研究现状 8
1.3主要工作与内容安排 12
2爬塔机器人 Delta 腿结构动力学分析
2.1爬塔机器人结构与 Delta 机构概述 14
2.2运动学 15
2.2.1数学模型建立 15
2.2.2运动学正解 16
2.2.3运动学反解 19
2.3工作空间 20
2.4足端轨迹规划 21
2.4.1足端路径规划 22
2.4.2足端轨迹加速度规划 23
2.4.3轨迹拟合与插值 25
2.4.4关节空间运动规划 27
3路径规划与控制
3.1路径规划 29
3.1.1规划算法 29
3.1.2步态分析 31
3.1.3障碍物分析 32
3.1.4障碍物参数化建模 33
3.1.5半参数化三维桁架结构高速路径规划 35
3.2 仿真 37
3.3硬件系统 38
3.4控制系统 38
4实验与误差分析
4.1行走实验 41
4.2轨迹误差分析 42
4.3提高精度的方法 43
5总结与展望
5.1课题研究总结 44
5.2展望与方向 44
参考文献 46
致 谢 49...
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