一种新型球形两栖机器人结构设计与控制

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1、？＊ＴＰ－中图分类号２４２论文编号１００６０１６０２０２５１０８０５０学科分类号．密级？＊Ｉ义考嗦乂净ＴＩＮＩＯＦＥＣＨＮＩＡＮＪＵＮＩＶＥＲＳＴＹＴＯＬＯＧＹ硕ｊ：学位论文——？田脳疆羅冨Ｉ一种新型球形两栖机器人结构设计与控制ＤｅｓｉｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒａＮｏｖｅｌｇ一ＳｐｈｅｒｉｃａｌＡｍｐｈｉｂｉｏｕｓＲｏｂｏｔＳｙｓｔｅｍｙＩ．．ｙｌ＾ＳＢ＾Ｈｉ通ＢＰ＾ＰＰ控麵学巧程＇＾ａｓＥ

2、ａｉｉＪ控制群与工程■法取起ｉｌ李利国郭书祥教授天津理工大学研究生院二〇—六年二月分类号：510.8050密级：天津理工大学研究生学位论文一种新型球形两栖机器人结构设计与控制（申请硕士学位）学科专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程作者姓名：李利国指导教师：郭书祥教授2016年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeDesignandControlforaNovelSpheri

3、calAmphibiousRobotSystemByLiguoLiSupervisorShuxiangGuoFebruary2016棘刮健含巧本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导Ｆ进行的研究Ｘ作和取得的硏巧成巧，除了文中特别加标法和致谢么处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的硏究成果，也不包含为获得义津理工大学或－其他教肯机构的学化或证书巧使用过的材料－。与我同１：作的同志对本硏究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。日期口学化冷丈作者签《矛签李；

4、年＞月之＾学化４＾＾文瓜权使用歡权书本学位论义作者完全了解义津理工大学有关保留、使用学位论文的规巧。特授权义津理工大学可Ｗ将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复本和屯了文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）、学侄备丈作者签名未（Ｉ导师签《：Ｉ）寺勺签拿司期：＞０心年之月文口签孚日期：７＾／｜＾年＞月又日＾＾摘要作为高端制造行业的典型代

5、表，机器人因其具备的高度灵活性与耐用性，可以帮助人类去从事繁重或是高危的工作。水陆两栖机器人因其能实现水中和陆地的两种领域运动，使得该类型机器人具有广泛的应用前景，包括在生活、工业、军事等领域。首先，本文提出一种新型的球形两栖机器人。在陆地上，该机器人有2种运动方式可以选择。一种是利用直流电机驱动车轮来带动机器人运动，可以在较为平坦的地面采用这种运动方式，能够提高机器人在平坦陆地地形中的运动速度；另一种是利用喷管、喷水电机与两个防水伺服舵机作为机器人的腿进行陆地行走，可以在地形较为严苛的情况下采用这

6、种运动方式。与此同时，该机器人通过调节防水伺服舵机的偏转角度、喷水电机喷水推力的大小以及喷水方向，能够实现机器人在水中多自由度的运动。其次，为评价机器人在陆地上的运动特性，本文将对新型球形两栖机器人在陆地中的两种运动方式以及相应的步态进行分析。实验测试该机器人轮式运动时在不同负载、地形中，运动速度与PWM(PulseWidthModulation)占空比之间的关系；以及机器人爬行运动时在不同负载、地形中，机器人的运动速度与运动频率之间的关系。并且阐述机器人GPS(GlobalPositioningS

7、ystem)定位的相关实验。最后，为实现机器人在水中运动的准确控制，本文利用流体分析软件Fluent仿真分析喷水电机的特性，推导出喷水电机喷水推力与PWM占空比之间的关系。之后通过无线控制实现机器人水中多自由度(前进、后退、自转、上浮、下潜等)运动方式的切换实验，并且得到机器人在水中的最大前进速度、最大正转角速度以及最大下潜速度。实验的验证表明了此新型球形两栖机器人系统的可行性。关键词：新型球形两栖机器人Fluent无线控制定位AbstractAsatypicalrepresentativeofhi

8、gh-endmanufacturingindustry,robotcanhelpmankindworkintheheavyorhighriskenvironment.Becauseofithaveadvantagesofdurabilityandhighdegreeofflexibility.Amphibiousrobotscanachievemovementinbothwaterandlandareas,sothistypeofrobothaswideapplica