碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告模板2016版x

碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告模板（2016版）哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告（模板）題目：機(jī)器人宇航員雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃院（系） 機(jī)電工程及自動(dòng)化學(xué)科/專(zhuān)業(yè)機(jī)械工程導(dǎo)師徐**研究生**學(xué)號(hào)15S1530**開(kāi)題報(bào)告日期 2016年9月23日深圳研究生院制二0一六年一月uyuw降洲uyuw降洲目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1課題的來(lái)源及研究的目的和意義 1\o"CurrentDocument"1?1課題來(lái)源 1\o"CurrentDocument"1?2研究的目的和意義 1\o"CurrentDocument"2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 2\o"CurrentDocument"2?1國(guó)外內(nèi)研究現(xiàn)狀 2\o"CurrentDocument"2?2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述及簡(jiǎn)析 22?2?1冗余機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究現(xiàn)狀 22?2?2雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀 2\o"CurrentDocument"3主要研究?jī)?nèi)容及研究方案 4\o"CurrentDocument"3.1研究?jī)?nèi)容 43?1?1冗余機(jī)械臂建模 4\o"CurrentDocument"3?2研究方案 4\o"CurrentDocument"4預(yù)期目標(biāo) 5\o"CurrentDocument"4?1預(yù)期目標(biāo) 5\o"CurrentDocument"5已完成的研究工作及進(jìn)度安排 5\o"CurrentDocument"5?1已完成的研究工作 6\o"CurrentDocument"5?2進(jìn)度安排 6\o"CurrentDocument"6已具備的研究條件和所需條件及經(jīng)費(fèi) 7\o"CurrentDocument"6?1實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)費(fèi)保障 ~~7\o"CurrentDocument"6?2所需條件及經(jīng)費(fèi) 7\o"CurrentDocument"7預(yù)計(jì)困難及解決方案 7\o"CurrentDocument"7?1預(yù)計(jì)困難與技術(shù)難點(diǎn) 7\o"CurrentDocument"7?2解決方案 7參考文獻(xiàn) 9哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告1課題的來(lái)源及研究的目的和意義1.1課題來(lái)源發(fā)展國(guó)防工業(yè)、微電子工業(yè)等尖端技術(shù)需要精密和超精密的儀器設(shè)備，精密儀器設(shè)備要求高速 1.2研究的目的和意義氣體軸承是利用氣膜支撐負(fù)荷或減少摩擦的機(jī)械構(gòu)件?！?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析2.1國(guó)外內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展了很多關(guān)于仿人冗余雙臂機(jī)器人的研究工作，國(guó)內(nèi)則相對(duì)滯后。但在近年來(lái)中國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)迅速騰飛的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)的很多高校及科研機(jī)構(gòu)也在積極開(kāi)展此方面的研究，具有代表性的有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)和北京理工大學(xué)等。隨著此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地向高度的智能化發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人正在逐步地將人類(lèi)從一些危險(xiǎn)、復(fù)雜、不確定的操作環(huán)境中解放出來(lái)，改善人類(lèi)的工作和生活品質(zhì)，推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。2.2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述及簡(jiǎn)析2.2.1冗余機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究現(xiàn)狀冗余機(jī)械臂是指其自身具有的自由度數(shù)多于執(zhí)行任務(wù)所需的最少自由度數(shù)，實(shí)際上具有六個(gè)自由度的機(jī)械臂，便可以在可達(dá)空間內(nèi)以任意位姿到達(dá)任意位置，但是在某些特殊情況下還是會(huì)選擇可以進(jìn)行避障、關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化和奇異回避等優(yōu)點(diǎn)的七自由度冗余機(jī)械臂。2.2.2雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)五十年代，最早出現(xiàn)的機(jī)器人很多就已經(jīng)開(kāi)始采用雙臂系統(tǒng)，但廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中的，卻是便于設(shè)計(jì)、控制和操作的單臂機(jī)器人。3主要研究?jī)?nèi)容及研究方案3.1研究?jī)?nèi)容為了確保機(jī)器人宇航員能夠配合宇航員完成空間站的大部分操作任務(wù)，同時(shí)保證其能獨(dú)立完成部分精細(xì)操作，機(jī)器人宇航員的手臂采用了七自由度冗余結(jié)構(gòu)。而采用冗余結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂相比于常見(jiàn)的六自由度機(jī)械臂（如 PUMA、Stanford），有著許多不可替代的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了機(jī)械臂在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的可靠性、實(shí)用性，可以實(shí)現(xiàn)避障、容錯(cuò)和關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化。但同時(shí)也給機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解帶來(lái)了麻煩，下面將對(duì)冗余機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行詳細(xì)的分析。3.1.1冗余機(jī)械臂建模七自由度冗余機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)形式很多，每種特定的結(jié)構(gòu)也都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和用途。為了方便機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，我們采用 S-R-S形式的七自由度冗余機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，如圖所示。前三個(gè)關(guān)節(jié)交于一點(diǎn)，形成一個(gè)球關(guān)節(jié)（sphere），稱作肩關(guān)節(jié)；后三個(gè)關(guān)節(jié)軸線也相交于一點(diǎn)形成一個(gè)球關(guān)節(jié)，稱作腕關(guān)節(jié)；第四個(gè)關(guān)節(jié)也就是肘關(guān)節(jié)，對(duì)其進(jìn)行了偏置以便增加肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍，進(jìn)而增大整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)的工作空間。3.2研究方案機(jī)器人宇航員的研制包含機(jī)械部分、控制系統(tǒng)、視覺(jué)反饋以及地面遙操作等一整套系統(tǒng)工程學(xué)問(wèn)題。鑒于該項(xiàng)目涉及的學(xué)科廣、難度大和任務(wù)多，本課題主要負(fù)責(zé)機(jī)器人宇航員七自由度冗余手臂的參數(shù)化逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，并進(jìn)行雙臂協(xié)調(diào)操作的軌跡規(guī)劃，最后搭建參數(shù)化的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真，驗(yàn)證算法的正確性，模擬實(shí)現(xiàn)預(yù)期的典型操作任務(wù)。課題研究流程如下圖所示：4預(yù)期目標(biāo)4.1預(yù)期目標(biāo)預(yù)期目標(biāo)是研制出仿生蛇形機(jī)器人完整樣機(jī)，主要包括機(jī)械系統(tǒng)和嵌入式控制系統(tǒng)。本課題預(yù)期實(shí)現(xiàn)下面四個(gè)目標(biāo)和成果主要完成以下目標(biāo)：（1） 完成蛇形機(jī)器人的蠕動(dòng)步態(tài)運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證規(guī)劃算法的正確性；（2） 完成蛇形機(jī)器人的蜿蜒運(yùn)動(dòng)步態(tài)，驗(yàn)證規(guī)劃算法的正確性；（3） 可遠(yuǎn)程無(wú)線控制操作；5已完成的研究工作及進(jìn)度安排5.1已完成的研究工作2013年9月到2014年1月，主要開(kāi)展了機(jī)器人學(xué)的學(xué)習(xí)，并復(fù)現(xiàn)了一篇論文中提出的基于克利福德代數(shù)的六自由度機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解析解方法；了解并掌握了目前針對(duì)七自由度冗余機(jī)械臂的參數(shù)化方法，為后面開(kāi)展基于雙臂形角參數(shù)化的冗余手臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解奠定基礎(chǔ)。2014年1月到2014年5月，主要開(kāi)展了機(jī)器人話劇中海龜機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與四足協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃?？紤]海龜爬行過(guò)程中，重心始終落在支撐三角形內(nèi)巳達(dá)到身體的平衡性，規(guī)劃了一種四足協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)步態(tài)，實(shí)驗(yàn)證明得到了較好的爬行效果。在此期間掌握了三次多項(xiàng)式插值、五次多項(xiàng)式插值和三次樣條插值的路徑點(diǎn)插值方法，為后面的雙臂協(xié)調(diào)操作軌跡規(guī)劃做鋪墊。5.2進(jìn)度安排本課題的研究時(shí)間為2013年9月開(kāi)始至2015年7月份進(jìn)行答辯，根據(jù)之前的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身學(xué)習(xí)，科研攻關(guān)能力，針對(duì)課題研究計(jì)劃，制定出下面的研究進(jìn)度：（1）2013年9月至2014年1月：開(kāi)展了機(jī)器人方面基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，了解并掌握了六自由度以及冗余機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法。6已具備的研究條件和所需條件及經(jīng)費(fèi)6.1實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)費(fèi)保障目前已經(jīng)具有一套六自由度機(jī)械臂，可以進(jìn)行軌跡規(guī)劃算法和力柔順控制算法的驗(yàn)證。 本課題受到載人航天預(yù)研項(xiàng)目的大力支持，經(jīng)費(fèi)可以得到部分的保障。6.2所需條件及經(jīng)費(fèi)開(kāi)展今后的課題研究需要一個(gè)具有冗余雙臂的機(jī)器人宇航員作為研究平臺(tái)，現(xiàn)在正在進(jìn)行機(jī)械部分的采購(gòu)和加工，其中一支靈巧手已經(jīng)完成加工和測(cè)試。預(yù)計(jì)年底前完成整機(jī)的機(jī)械部分組裝，隨后開(kāi)展雙臂協(xié)調(diào)操作和力柔順控制算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。7預(yù)計(jì)困難及解決方案7.1預(yù)計(jì)困難與技術(shù)難點(diǎn)課題進(jìn)行需要學(xué)習(xí)的知識(shí)較多，涉及嵌入式硬件開(kāi)發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)、電路板設(shè)計(jì)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、軌跡規(guī)劃等知識(shí)。??????7.2解決方案為了提高課題進(jìn)展速度和效率，保證學(xué)習(xí)質(zhì)量，采用邊應(yīng)用邊學(xué)習(xí)再應(yīng)用的方法進(jìn)行主要知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，并多動(dòng)手實(shí)際操作，提供動(dòng)手操作能力，也外后期打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)采取以下方案:參考文獻(xiàn)林來(lái)興.空間控制技術(shù)[M].北京：中國(guó)宇航出版社，1992:25-42.辛希孟?信息技術(shù)與信息服務(wù)國(guó)際研討會(huì)論文集：A集[C].北京：中國(guó)科學(xué)出版社，1999:45-49.趙耀東.新時(shí)代的工業(yè)工程師[M/OL].臺(tái)北：天下文化出版社，1998[1998-09-26]..tw/info/ie.newie.htm.馮西橋?核反應(yīng)堆壓力容器的LBB分析[R].北京：清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，1997:16-17.李志強(qiáng)?自主創(chuàng)新能力是國(guó)際化的根本點(diǎn)[N].光明日?qǐng)?bào)，2005-06-07（16）.諶穎?空間交會(huì)控制理論與方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1992:8-13.KanamoriH.ShakingWithoutQuaking[J].Science，1998，279（5359）:2063-2064.[29]ChristineM.PlantPhy