球形两栖机器人的特性评价

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1、Ｐ１００６０１６－０２０９中团分类号Ｔ２４２论文编号—学科分类号５１０．８０５０密级＊义柄乂净ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ■硕±学位论支球形两栖机器人的特性评价ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＥｖａｌｕａｔｉｏｎｓｆｏｒａｎＡｍｈｉｂｉｏｕｓＳｐｈｅｒｉｃａｌＲｏｂｏｔｐ．心偏ｒｆｆｆｔｉ控制科学巧程ｍ陪更封ｌＵ獅群巧ｆｉｎ■＠＝ｓ空賴东ａ＿＾３ａａｍｓｓａｔＭｖ＾ｉ？ｔ郭书祥教授

2、’－天津理工大学研究生院＾二〇六年二月独名：！性是巧本人声明所亞交的学位论文是本人在导师指导Ｋ进行的硏究作和取得的研巧成果，除了文中特别加Ｌ义标注和致谢么处外，论文中不包含其他人己经发裘或撰写过的研究成果，也不包含为获得义津理工火学或一—其他教脊机构的学位或证书而使用过的材料。与我问工作的巧志对本研巧所做的任何贡献均甘化论文中作了明确的说明并农示了谢恵。曰期？／若？曰签拿：如月孚佐冷文作者签义；振东年又斜学佐冷文狀权使巧援权书本学位论文作者完全了解义津理工

3、大孚有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大季可将学位论文的全部或部分内容编入巧关数据库进行检索、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，，并巧用影印论Ｗ供査阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交义的技本和电子文件。（保密的学位论义在解密后适用本授权说明）学佐文作者签名：板击、导师签名：嗦耐签章日期：年月２＾日答牵日期：２＾／＾年２＾月ｑ？方分类号：510.8050密级：天津理工大学研究生学位论文球形两栖机器人的特性评价（申请硕士学位）学科专业：控制科学与工程研究方向

4、：控制理论与控制工程作者姓名：钟振东指导教师：郭书祥教授2016年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeCharacteristicEvaluationsforanAmphibiousSphericalRobotByZhendongZhongSupervisorShuxiangGuoFebruary2016摘要本论文中所研究的球形两栖机器人是一种水陆两栖探测器，它不仅可以完成水域里的水平方向前进后退运动、正

5、转反转运动以及上浮下潜运动等，还可以在陆地上实现爬行行走运动。考虑到球形两栖机器人自身的稳定性能，本论文对机器人采用了对称性的设计；为了使球形两栖机器人可以在一些比较狭窄的自然水域以及管道中完成侦查、监测、采集等任务，该机器人采用了较小的机身体积；为了抓取海洋样品资源、实时监控海洋动态环境，我们给球形两栖机器人配置了机械手臂和视频模块；同时我们的机器人采用了直流喷水电机，降低了机器人的噪声，隐蔽性方面得到提高；另外较大的内部空间允许该机器人可以携带更小的子机器人去完成一些特定的作业任务，同时可以装载更大

6、容量电池以提高续航能力。因此，该水陆两栖机器人有着广阔的应用空间和研究价值。该球形两栖机器人由一个球壳、一个亚克力圆盘、一套视频模块、两个机械手臂、四个推进系统和控制单元等组成。本机器人中，一个喷水推进系统由一个直流喷水电机和两个伺服电机组成,通过采用矢量喷水推进方式进行喷水推力调整，通过调节舵机的PWM（PulseWidthModulation）占空比和各个驱动腿的步态，来改变机器人陆地步态和行走速度。球形两栖机器人的主控单元采用的是AVR（Atmega2560）单片机，从控制器是一款ARM(STM3

7、2f103RE)内核的Arduino开发板。论文中首先对球形两栖机器人的机械特性和控制系统做出了分析和优化,完成了球形两栖机器人驱动电路和控制单元的设计。之后对机器人的运动特性进行了详细的讨论和研究。本文研究的重点是对球形两栖机器人进行特性评价，主要包括陆地运动特性评价和水中运动特性评价。陆地特性评价包括步态行走、负载、爬坡、抓取等；水中特性评价主要包括水中前进后退运动，原地旋转运动，机器人上浮下潜运动和水下视频传输等。该特性评价充分验证了球形两栖机器人的各项基础性能指标，为球形两栖机器人的后续开发和研

8、究奠定了理论依据和现实基础。关键词：球形两栖机器人水下探测器运动分析陆地特性评价水中特性评价AbstractTheamphibioussphericalrobotofthisthesisisakindofunderwaterrobots.Itcannotonlywalkonlandbutalsomoveinthewatertoachievethehorizontaldirectionmovement,rotationmotion,divin