【摘 要】
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煤矿井下探测机器人能够深入井下开展环境探测工作,及时了解井下设备及环境的安全性,从而降低事故发生的概率。但井下环境恶劣,地面崎岖不平,为了适应复杂的作业环境,可靠地执行探测任务,需要设计灵活性高、越障能力强的探测机器人。本文分析了国内外对探测机器人的研究现状及存在的问题,提出了以6RSS并联机构为本体,以CPG作为节律运动控制器的步行探测机器人。并对6RSS步行探测机器人的运动学、动力学、工作空间
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煤矿井下探测机器人能够深入井下开展环境探测工作,及时了解井下设备及环境的安全性,从而降低事故发生的概率。但井下环境恶劣,地面崎岖不平,为了适应复杂的作业环境,可靠地执行探测任务,需要设计灵活性高、越障能力强的探测机器人。本文分析了国内外对探测机器人的研究现状及存在的问题,提出了以6RSS并联机构为本体,以CPG作为节律运动控制器的步行探测机器人。并对6RSS步行探测机器人的运动学、动力学、工作空间优化、CPG步态规划进行研究。在对6RSS并联机器人运动学与动力学建模的基础上,获得了运动学逆解及驱动机构扭矩与机构运动之间的关系,利用Simulink搭建完整的动力学模型,优化了 PID控制器参数,提高了系统的响应速度和准确性,将机器人的轨迹跟踪误差控制在合理的范围内。通过对6RSS并联机器人工作空间的分析,建立了考虑结构约束的工作空间优化目标函数,优化过程中联合使用基于蒙特卡洛算法的工作空间求解方法及基于多岛遗传算法的工作空间优化方法,通过对结构参数的优化将工作空间提高了 5.33倍。并对各参数进行参数试验,得到了各参数与工作空间占比的关系,为6RSS并联机器人结构设计提供依据。在分析了神经元模型的基础上,选择了具有较强适应性和鲁棒性的改进Kimura递归振荡器模型作为CPG节律发生器的互抑神经元,并就CPG各项参数对系统节律信号特性的影响进行了分析,确定了对输出信号周期与幅值影响程度最大的参数。针对机器人典型步态下CPG网络输出型号特性进行了分析,得到了步态转换方法。通过仿真验证了 CPG节律控制器的可行性。最后通过样机设计与测试,验证了上述分析与设计的合理性,为6RSS并联步行探测机器人的开发与应用创造了条件。
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