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变刚度仿蛇机器人机构设计与柔顺控制研究的开题报告 一、选题背景 随着机器人技术的发展,机器人已经广泛应用于工业生产、医疗、教育、军事等领域。仿生机器人作为一种新型的机器人,以其类人化的外观和功能,在工业生产、服务机器人、医疗等领域得到了广泛的应用和研究。现在,仿生机器人中蛇形机器人的应用越来越广泛,由于其拥有良好的柔性,可以应用于复杂空间环境中的探测和任务执行,比如搜索救援、海底勘探、管道检查等。 蛇形机器人的外形、运动方式以及柔性控制均模仿自然界的蛇,所以可以通过在蛇形机器人身体的不同部位进行控制,来实现蛇形机器人的前进、转动、爬升等功能,可以在狭窄的管道、热力发电厂等较为复杂的环境中执行任务。 蛇形机器人在设计过程中,需要考虑其结构刚度,由于蛇形机器人的柔性较大,需要在柔性与刚度之间寻求平衡,以保证机器人的稳定性和工作能力。因此,在蛇形机器人的设计与控制中,需要研究如何在保证柔性的前提下,提高机器人的结构刚度,以保证其稳定性和工作效率。 二、研究内容 本研究旨在通过探究蛇形机器人结构设计和柔顺控制技术,提高蛇形机器人结构的刚度,并实现相应的运动控制功能,具体研究内容如下: 1.蛇形机器人的结构设计:通过研究蛇形机器人的结构,设计出一种新型的机构,以提高其在执行任务过程中的稳定性和运动精度。 2.蛇形机器人的刚度分析:通过对蛇形机器人机构进行力学分析,研究其受力情况,探究如何通过设计机构结构,来提高机器人的结构刚度。 3.蛇形机器人的柔顺控制:通过对蛇形机器人各个关节的力学特性进行分析,研究机器人的运动控制技术,在保证机器人柔性的前提下,实现机器人的稳定运动和精确控制。 4.实验验证:通过对设计的蛇形机器人进行实验验证,测试其在各种复杂环境下的工作效率和稳定性,以验证本研究的设计和控制方法的可行性和有效性。 三、研究意义 蛇形机器人在很多领域都有非常广泛的应用前景,尤其是在国防安全、工业制造、医疗卫生、灾害救援等领域。通过本研究,可以为蛇形机器人的设计和控制提供新思路和方法,提高蛇形机器人的结构刚度,同时保证其柔性,提高其工作效率和稳定性。 本研究还可以为机器人相关领域的发展提供借鉴和参考,推动机器人应用技术的创新和进步,进一步推进科学技术的发展和应用。 四、研究方案 本研究将采用文献资料分析、仿真建模、实验验证等方法,具体研究方案如下: 1.文献资料分析:对现有的关于蛇形机器人结构设计和控制的文献资料进行分析、归纳和整理,为研究提供相关文献支持。 2.仿真建模:通过使用SolidWorks等仿真软件,建立蛇形机器人的3D模型,进行机构设计和复杂环境下的运动模拟,研究机器人的运动特性和工作效率。 3.实验验证:通过对设计的蛇形机器人进行实际实验验证,测试其在各种状态下的工作效率和稳定性,并进行数据采集和处理,验证本研究设计和控制方法的可行性和有效性。 五、研究进度安排 本研究的进度安排如下: 第一阶段:2019年6月至9月,进行文献资料搜集和分析,建立蛇形机器人的结构设计方案。 第二阶段:2019年10月至2020年1月,进行蛇形机器人的刚度分析,结合机器人的运动特性,提出柔顺控制方案,进行仿真模拟和性能分析。 第三阶段:2020年2月至7月,进行蛇形机器人的实验验证和数据处理,对设计和控制方法进行实验验证。 第四阶段:2020年8月至9月,进行论文的编写和答辩准备工作。 六、预期成果 本研究的预期成果如下: 1.设计出一种新型的蛇形机器人机构,达到结构刚度和柔性之间的平衡。 2.探究蛇形机器人的柔顺控制,实现对于机器人各关节运动的精确控制。 3.进行实验验证,测试蛇形机器人在各种环境下的工作效率和稳定性,验证设计和控制方法的可行性和有效性。 4.发表相关学术论文,向相关行业推广该技术,提升我国在蛇形机器人领域的研究水平。