V-REP设计蛇形机器人
机器人技术在进入二十一世纪后迅速发展，机器人的种类也很多，而仿生机器人是其中一个比较热门也充满前途的分支。蛇形机器人作为仿生机器人中具有代表性的一种，其可以被运用在各种危险的工作环境当中，例如采矿业的地形勘测、狭小空间下的救援探测等。本文主要针对蛇形机器人进行建模分析，利用V-REP平台构建一个蛇形机器人，并通过不同方式控制其不同的步态，针对不同的环境改变其步态以适应现实环境。此外，对其运动路径做一些简单的控制。 M000143
通过V-REP平台搭建蛇形机器人模型，设计成型的蛇形机器人应能够实现 ：(1)自主运动；(2)通过摄像头及传感器收集信息以改变运动路径及方法；(3)实现典型步态；(4)在不同环境中实现典型步态。
关键词： V-REP ACM-R5 步态控制 运动学研究
V-REP-based design and control of a snake-like robot
Technology of robot develops rather quickly since it is the 21th century, there are many kinds of robots and bionic robot is a kind of these robots which is a branch that is hot and promising. Snake-like robot can be used in many dangerous conditions such as landform survey, rescue in narrow space and etc as one of these kinds of robots. This thesis focuses on the research of snake-like robot, constructing a robot through V-REP, meanwhile, the snake-like robot should be able to adjust itself to different environments and change its gait freely, finally, making it a robot which is able to control it in some way.
Taking advantage of the platform of V-REP to establish a snake-like robot and the mode of snake-like robot should be able to realize these functions: (1).Able to make independent movements. (2). Able to change its movement path and its way to go by the information collected by the camera and sensor. (3). Typical gaits. (4). Typical gaits in different environments.
Key Words: V-REP ; Architecture of ACM-R5 ; Gait control; Research on kinematics
目 录 查看完整请+Q:351916072获取
1引言 1
1.1研究背景与意义 4
1.2主要研究内容 3
1.3论文章节安排 3
1.4 本章小结 3
2 面向V-REP蛇形机器人机构建模 5
2.1 V-REP仿真平台简介 4
2.2 ACM-R5蛇形机器人结构分析 4
2.2.1棘轮驱动及ACM-R5构架分析 4
2.2.2耦合驱动分析 5
2.3蛇形机器人机构建模 5
2.4 本章小结 8
3 典型水陆两栖系统建模 9
3.1 V-REP环境建模系统介绍及探究 9
3.2 V-REP建立水陆两栖环境 12
3.3水陆两栖环境下蛇形机器人仿真 13
3.4本章小结 16
4 基于传感器的蛇形机器人运动转换 17
4.1传感器和机器人 17
4.2基于传感器的蛇形机器人运动转换 17
4.3本章小结 19
5 V-REP中蛇形机器人典型步态实现 20
5.1自然界中蛇形机器人的步态研究及控制 20
5.2蛇形机器人典型步态实现 20
5.3本章小结 22
6结论和展望 23
6.1结论 23
6.2展望 23
参考文献 24
附 录 25
附录一 ACM-R5机器人源代码 25
附录二 蛇形机器人代码 28
致谢 30
2.1 V-REP仿真平台简介
由于实际制作一个产品的成本较高，尤其是机器人，所以在将产品投入生产前必须将所有参数、结构调整好。所以这类领域开始出现很多虚拟现实软件，如果具有一定的编程基础，可以选择OSG、OGRE等开源虚拟现实平台，如果没有编程基础，那可以选用Virtools、Quest3d、Vega等应用软件平台。此外，国产的还有VRP，这款软件的功能也很强大，同时可以实现很多功能。而机器人仿真方面，Robotworks、V-REP都是很好的机器人仿真软件，本文主要采用V-REP进行机器人的建模和仿真。
V-REP是由瑞士军刀公司开发的一款机器人仿真模拟平台软件（Virtual Robot Experiment Platform），在这个平台上我们可以自己设计机器人并做相应的仿真，让它实现我们想要实现的功能。V-REP平台设计的机器人具有可塑性强、还原度高的优点，并且这款软件对机器人的各种关节、基本的元素都有涉及，因此很容易上手。此外，V-REP平台中还内置了很多不同的现实环境，通过这个平台搭建的机器人模型具有很强的真实感，很大程度上具有复现现实环境的可能。
2.2 ACM-R5蛇形机器人结构分析
2.2.1棘轮驱动及ACM-R5构架分析
图2-1 ACM-R5机器人关节结构图
如上图，ACM-R5构架的机器人每一节都由两个伺服电机带动十字转轴上的齿轮来转动，由中心转轴带动紧邻齿轮转动，由此产生推动力，支持机器人完成各类动作，其驱动方式其实是一种棘轮驱动的方式，这种驱动方式的优点在于发生故障的概率低。机器人的关节处由伸缩膜覆盖以防水，关节连接处用O型圈密封的方法，因此能够安全地在水中运动。这种驱动方式的蛇形机器人关节具有俯仰和偏航两个自由度，其偏航的自由度控制机器人能够在陆地上完成蜿蜒运动，而其俯仰自由度则控制蛇形机器人在水中完成俯仰动作提供动力。
2.2.2耦合驱动分析
图2-2 耦合驱动关节结构图
机器人的驱动方式是多种多样的，除了棘轮驱动的方式外还有很多种，耦合驱动就是其中一种。第一章中介绍的中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研制的蛇形机器人所采用的的驱动方式就是耦合驱动[17]。如图2-2所示，是耦合驱动的蛇形机器人单元，这种驱动方式的机器人是目前比较常见的一种，其主要通过电机控制齿轮的运动，当运动无法继续，各关节调整运动方式，这种关节具有摆动和俯仰的基本功能，但是由于其实现抬起的情况下关节重量较大所以可实现抬起的关节数很大程度上受限制，所以本文采用结构较为轻便简单的棘轮驱动和耦合驱动共同说明。 查看完整请+Q:351916072获取
通过V-REP平台搭建蛇形机器人模型，设计成型的蛇形机器人应能够实现 ：(1)自主运动；(2)通过摄像头及传感器收集信息以改变运动路径及方法；(3)实现典型步态；(4)在不同环境中实现典型步态。
关键词： V-REP ACM-R5 步态控制 运动学研究
V-REP-based design and control of a snake-like robot
Technology of robot develops rather quickly since it is the 21th century, there are many kinds of robots and bionic robot is a kind of these robots which is a branch that is hot and promising. Snake-like robot can be used in many dangerous conditions such as landform survey, rescue in narrow space and etc as one of these kinds of robots. This thesis focuses on the research of snake-like robot, constructing a robot through V-REP, meanwhile, the snake-like robot should be able to adjust itself to different environments and change its gait freely, finally, making it a robot which is able to control it in some way.
Taking advantage of the platform of V-REP to establish a snake-like robot and the mode of snake-like robot should be able to realize these functions: (1).Able to make independent movements. (2). Able to change its movement path and its way to go by the information collected by the camera and sensor. (3). Typical gaits. (4). Typical gaits in different environments.
Key Words: V-REP ; Architecture of ACM-R5 ; Gait control; Research on kinematics
目 录 查看完整请+Q:351916072获取
1引言 1
1.1研究背景与意义 4
1.2主要研究内容 3
1.3论文章节安排 3
1.4 本章小结 3
2 面向V-REP蛇形机器人机构建模 5
2.1 V-REP仿真平台简介 4
2.2 ACM-R5蛇形机器人结构分析 4
2.2.1棘轮驱动及ACM-R5构架分析 4
2.2.2耦合驱动分析 5
2.3蛇形机器人机构建模 5
2.4 本章小结 8
3 典型水陆两栖系统建模 9
3.1 V-REP环境建模系统介绍及探究 9
3.2 V-REP建立水陆两栖环境 12
3.3水陆两栖环境下蛇形机器人仿真 13
3.4本章小结 16
4 基于传感器的蛇形机器人运动转换 17
4.1传感器和机器人 17
4.2基于传感器的蛇形机器人运动转换 17
4.3本章小结 19
5 V-REP中蛇形机器人典型步态实现 20
5.1自然界中蛇形机器人的步态研究及控制 20
5.2蛇形机器人典型步态实现 20
5.3本章小结 22
6结论和展望 23
6.1结论 23
6.2展望 23
参考文献 24
附 录 25
附录一 ACM-R5机器人源代码 25
附录二 蛇形机器人代码 28
致谢 30
2.1 V-REP仿真平台简介
由于实际制作一个产品的成本较高，尤其是机器人，所以在将产品投入生产前必须将所有参数、结构调整好。所以这类领域开始出现很多虚拟现实软件，如果具有一定的编程基础，可以选择OSG、OGRE等开源虚拟现实平台，如果没有编程基础，那可以选用Virtools、Quest3d、Vega等应用软件平台。此外，国产的还有VRP，这款软件的功能也很强大，同时可以实现很多功能。而机器人仿真方面，Robotworks、V-REP都是很好的机器人仿真软件，本文主要采用V-REP进行机器人的建模和仿真。
V-REP是由瑞士军刀公司开发的一款机器人仿真模拟平台软件（Virtual Robot Experiment Platform），在这个平台上我们可以自己设计机器人并做相应的仿真，让它实现我们想要实现的功能。V-REP平台设计的机器人具有可塑性强、还原度高的优点，并且这款软件对机器人的各种关节、基本的元素都有涉及，因此很容易上手。此外，V-REP平台中还内置了很多不同的现实环境，通过这个平台搭建的机器人模型具有很强的真实感，很大程度上具有复现现实环境的可能。
2.2 ACM-R5蛇形机器人结构分析
2.2.1棘轮驱动及ACM-R5构架分析
图2-1 ACM-R5机器人关节结构图
如上图，ACM-R5构架的机器人每一节都由两个伺服电机带动十字转轴上的齿轮来转动，由中心转轴带动紧邻齿轮转动，由此产生推动力，支持机器人完成各类动作，其驱动方式其实是一种棘轮驱动的方式，这种驱动方式的优点在于发生故障的概率低。机器人的关节处由伸缩膜覆盖以防水，关节连接处用O型圈密封的方法，因此能够安全地在水中运动。这种驱动方式的蛇形机器人关节具有俯仰和偏航两个自由度，其偏航的自由度控制机器人能够在陆地上完成蜿蜒运动，而其俯仰自由度则控制蛇形机器人在水中完成俯仰动作提供动力。
2.2.2耦合驱动分析
图2-2 耦合驱动关节结构图
机器人的驱动方式是多种多样的，除了棘轮驱动的方式外还有很多种，耦合驱动就是其中一种。第一章中介绍的中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研制的蛇形机器人所采用的的驱动方式就是耦合驱动[17]。如图2-2所示，是耦合驱动的蛇形机器人单元，这种驱动方式的机器人是目前比较常见的一种，其主要通过电机控制齿轮的运动，当运动无法继续，各关节调整运动方式，这种关节具有摆动和俯仰的基本功能，但是由于其实现抬起的情况下关节重量较大所以可实现抬起的关节数很大程度上受限制，所以本文采用结构较为轻便简单的棘轮驱动和耦合驱动共同说明。 查看完整请+Q:351916072获取
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/5024.html
