面向空間太陽(yáng)能電池陣自修復(fù)的自重構(gòu)模塊機(jī)器人研究

【摘要】：空間太陽(yáng)能電站(Space Solar Power Station)是未來(lái)太陽(yáng)能利用的一種高效解決方案。構(gòu)想中太陽(yáng)能的接收裝置是由大量太陽(yáng)能電池板組成的直徑達(dá)數(shù)公里量級(jí)的電池板陣列,當(dāng)陣列中某處電池板因故障失效時(shí),派遣人員或設(shè)備前往太空中進(jìn)行修復(fù)更換將耗費(fèi)巨大的人力物力,因此利用自重構(gòu)模塊機(jī)器人技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電池陣的自修復(fù)等功能就成為了一個(gè)相對(duì)經(jīng)濟(jì)可行的方案。 自重構(gòu)模塊機(jī)器人是由多個(gè)自治的智能化模塊組成的機(jī)器人系統(tǒng),融合了“變形重構(gòu)”和“自主移動(dòng)”的技術(shù)思想。它可以感知周圍環(huán)境,通過(guò)模塊之間的相互運(yùn)動(dòng)改變系統(tǒng)構(gòu)型以適應(yīng)不同的工作環(huán)境,具有良好的應(yīng)用前景。 本文對(duì)面向空間太陽(yáng)能電池陣自修復(fù)的晶格式自重構(gòu)模塊機(jī)器人進(jìn)行了系統(tǒng)地研究,主要工作包括以下幾個(gè)方面: 首先,分析任務(wù)要求,進(jìn)行自重構(gòu)模塊機(jī)器人地面原型的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),并著重對(duì)其對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了闡述。 其次,進(jìn)行了模塊機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)的選型計(jì)算和結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析,為設(shè)計(jì)方案提供優(yōu)化和校驗(yàn)。 然后,基于Visual Studio 2008 C#開發(fā)環(huán)境,進(jìn)行模塊運(yùn)動(dòng)控制軟件設(shè)計(jì)及在此基礎(chǔ)上的第一代模塊原型機(jī)的地面模擬實(shí)驗(yàn)。 最后,進(jìn)行模塊系統(tǒng)的自修復(fù)路徑規(guī)劃分析,提出了一種基于能耗最小的矢量化智能路徑搜索算法,并給出了算法的仿真分析,驗(yàn)證了其有效性。 地面原型機(jī)實(shí)驗(yàn)和路徑規(guī)劃仿真的結(jié)果證明本模塊機(jī)器人滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,初步具備較好實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)能電池陣自修復(fù)任務(wù)的能力。 【關(guān)鍵詞】：自重構(gòu)模塊機(jī)器人 太陽(yáng)能電池陣 晶格式 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)仿真 自修復(fù)路徑規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題來(lái)源11
• 1.2 引言11-12
• 1.3 自重構(gòu)模塊機(jī)器人簡(jiǎn)介與研究現(xiàn)狀12-18
• 1.3.1 自重構(gòu)模塊機(jī)器人簡(jiǎn)介12-14
• 1.3.2 主要研究問(wèn)題14-15
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4 課題背景與研究?jī)?nèi)容18-20
• 1.4.1 本課題的研究背景18-19
• 1.4.2 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.5 本章小結(jié)20-21
• 第二章 M-Lattice 模塊機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-32
• 2.1 M-Lattice 的總體設(shè)計(jì)21-27
• 2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述21-24
• 2.1.2 系統(tǒng)拓?fù)錁?gòu)型24-26
• 2.1.3 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)自由度配置26-27
• 2.2 基于銷槽楔合的新型對(duì)接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)27-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第三章 M-Lattice 設(shè)計(jì)中的選型計(jì)算及有限元分析32-46
• 3.1 電機(jī)選型計(jì)算32-37
• 3.1.1 同步軌道微重力環(huán)境重力加速度計(jì)算32-33
• 3.1.2 模塊自修復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)能力計(jì)算33-37
• 3.2 結(jié)構(gòu)有限元分析37-45
• 3.2.1 關(guān)鍵零件的靜力學(xué)分析38-42
• 3.2.2 系統(tǒng)正常重力工況下的有限元分析42-44
• 3.2.3 系統(tǒng)模擬微重力工況下的有限元分析44-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第四章 模塊控制軟件設(shè)計(jì)及原型機(jī)地面實(shí)驗(yàn)46-64
• 4.1 引言46-47
• 4.2 基于實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)仿真的動(dòng)作編輯程序設(shè)計(jì)47-51
• 4.2.1 模塊機(jī)器人的模型簡(jiǎn)化47-49
• 4.2.2 機(jī)器人模型在程序中的描述49
• 4.2.3 機(jī)器人模型的建立49-50
• 4.2.4 可實(shí)時(shí)仿真的動(dòng)作編輯50-51
• 4.3 動(dòng)作執(zhí)行程序設(shè)計(jì)51-57
• 4.3.1 PC 機(jī)-電機(jī)的通信協(xié)議與程序中的實(shí)現(xiàn)方法51-55
• 4.3.2 動(dòng)作執(zhí)行程序的界面以及功能55-57
• 4.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及原型機(jī)地面實(shí)驗(yàn)57-63
• 4.4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真方案設(shè)計(jì)58-62
• 4.4.2 原型機(jī)地面實(shí)驗(yàn)62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 自修復(fù)運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃64-98
• 5.1 問(wèn)題提出64-65
• 5.2 運(yùn)動(dòng)類型分析與能量尺度的定義65-72
• 5.2.1 自修復(fù)運(yùn)動(dòng)類型分析65-68
• 5.2.2 能量尺度的定義68-72
• 5.3 基于遺傳算法（GA）的路徑空間優(yōu)化72-88
• 5.3.1 路徑空間優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型74-75
• 5.3.2 基于遺傳算法（GA）的優(yōu)化模型求解75-88
• 5.4 矢量化智能路徑搜索算法及其Matlab 仿真88-97
• 5.4.1 矢量化智能搜索算法89-95
• 5.4.2 搜索算法的Matlab 仿真95-97
• 5.5 本章小結(jié)97-98
• 第六章 總結(jié)與展望98-100
• 6.1 全文總結(jié)98-99
• 6.2 研究展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-103
• 致謝103-104
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文104

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機(jī)器人順應(yīng)運(yùn)動(dòng)速度與力混合控制    吳成東;陳莉;鄒立君;

一種機(jī)器人關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)研究    楊明;蘇學(xué)成;李貽斌;樊炳輝;逢振旭;

生物誘導(dǎo)的機(jī)器人行走控制研究進(jìn)展    吳啟迪;劉成菊;張家奇;陳啟軍;

多臂機(jī)器人關(guān)節(jié)間的碰撞檢測(cè)研究    周友行;鄒湘伏;何清華;

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類壁虎機(jī)器人的仿生控制：從行為觀測(cè)到控制實(shí)現(xiàn)    李宏凱

柔性關(guān)節(jié)機(jī)器人的參數(shù)辨識(shí)及模糊控制研究    王峰

腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)的跳躍機(jī)器人軌跡規(guī)劃與落地穩(wěn)定性分析    徐鵬

類人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究    鐘秋波

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