三杆九索张拉整体机器人的运动控制

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张拉整体机器人是由受纯压力的杆单元和受纯拉力的索单元构成的新型空间结构,具有质量轻、可变形、质量强度比高等特点,成为眼下各专家学者的研究重点。经研究发现多数专家学者对于张拉整体滚动运动形式研究较多,但对于其站立行走方式研究较少,而站立行走会使机器人受到较小的冲击,因此本文以三杆九索张拉整体机器人为研究对象,提出了站立行走的运动方式,对多种驱动方式驱动机器人在多种地形进行了运动控制研究。本文的主要研究内容如下:(1)在Matlab软件Simulink仿真环境中建立了三杆九索张拉整体机器人的动力学模型,并结合Matlab程序实现了仿真计算。(2)采用神经网络和进化算法,对三杆九索张拉整体机器人进行了平地、多角度坡地直线运动的控制,并详细讨论了两索和三索驱动中多种组合不同的控制方式对机器人运动的影响。(3)分析了两索和三索驱动机器人在平地和坡地站立行走过程中的运动机制和驱动信号的差异。得到结论:(1)优化后的驱动力信号对机器人在平地和坡地上的运动速度有极大地提升,表明神经网络控制和进化算法非常有效。(2)对机器人运动过程中多种约束力进行分析可知,机器人是在驱动力的作用下不断改变重心来实现向前运动。(3)三索驱动机器人运动速度较两索更快,爬坡能力更强;对两索和三索优化前后的驱动力信号进行分析可知,优化过程是对驱动力信号进行不断调整,一般是减小驱动力信号的周期;上坡驱动力信号相比于平地而言,具有更小的周期以及较小的负向驱动力,主动索中有较大的张力,保证机器人能够克服重力完成上坡运动。
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