【摘 要】
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自911恐怖袭击以来,恐怖主义活动日益猖獗。排爆机器人作为保障社会安定、减少人员伤亡的有力装备已经应用越来越广。轮履摆式排爆机器人是上海交通大学机器人所面向飞机、高铁狭小空间安检的需要设计的一款新型移动机器人。该机器人具备独立驱动的四条摆臂及轮-履复合体,能适应多种复杂地形环境及作业的需要。本文设计了排爆机器人控制系统框架,构建了基于Ether CAT总线的底层控制器硬件及基于Twin CAT的软
【基金项目】
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企业合作项目:“新型反恐排爆机器人集成平台”；
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自911恐怖袭击以来,恐怖主义活动日益猖獗。排爆机器人作为保障社会安定、减少人员伤亡的有力装备已经应用越来越广。轮履摆式排爆机器人是上海交通大学机器人所面向飞机、高铁狭小空间安检的需要设计的一款新型移动机器人。该机器人具备独立驱动的四条摆臂及轮-履复合体,能适应多种复杂地形环境及作业的需要。本文设计了排爆机器人控制系统框架,构建了基于Ether CAT总线的底层控制器硬件及基于Twin CAT的软件构架,实现了机器人的实时运动控制;采用Ethernet总线实现了与上位机的通讯及人机交互,论文通过实验验证了该方案的可行性。针对摆臂变换姿态建立了摆臂运动学模型,分析了摆臂运动时摆臂速度与车轮速度耦合关系及摆臂支撑杆长的变化;然后通过刚体运动学快捷准确地解耦出与输入摆臂速度耦合的车轮速度。对自主研发的五自由排爆机械臂进行运动学分析,并求出其雅可比矩阵,验证了机械臂控制策略。为了避免轨迹规划的笛卡尔空间坐标值逆解到关节空间而有可能产生的关节角的不连续,设计了基于人工约束模式切换的逆解求解算法。经过实验测试,机械臂有良好末端位置及速度控制性能。建立了排爆机器人各部件的坐标系,设计了机器人重心自平衡算法,求解出下位机的每个运行周期的腰关节和大臂关节的调整量。通过实验,记录了机器人重心自调整过程中稳定性系数曲线、腰关节角曲线和大臂关节角曲线,实现了机器人重心自调整。
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