碩士學(xué)位論文開題報告模板(2023版)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文開題報告（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)電工程及自動化學(xué)科/專業(yè)機(jī)械工程導(dǎo)師徐**研究生**學(xué)號15S1530**開題報告日期2023年9月23日深圳研究生院制二〇一六年一月目錄1課題的來源及研究的目的和意義11.1課題來源11.2研究的目的和意義12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析22.1國外內(nèi)研究現(xiàn)狀22.2國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述及簡析2冗余機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)研究現(xiàn)狀2雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀23主要研究內(nèi)容及研究方案33.1研究內(nèi)容3冗余機(jī)械臂建模33.2研究方案34預(yù)期目標(biāo)44.1預(yù)期目標(biāo)45已完成的研究工作及進(jìn)度安排45.1已完成的研究工作45.2進(jìn)度安排56已具備的研究條件和所需條件及經(jīng)費(fèi)56.1實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)費(fèi)保障56.2所需條件及經(jīng)費(fèi)57預(yù)計困難及解決方案67.1預(yù)計困難與技術(shù)難點(diǎn)67.2解決方案6參考文獻(xiàn)71課題的來源及研究的目的和意義1.1課題來源發(fā)展國防工業(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。…………2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析2.1國外內(nèi)研究現(xiàn)狀國外已經(jīng)開展了很多關(guān)于仿人冗余雙臂機(jī)器人的研究工作，國內(nèi)則相對滯后。但在近年來中國科技與經(jīng)濟(jì)迅速騰飛的過程中，國內(nèi)的很多高校及科研機(jī)構(gòu)也在積極開展此方面的研究，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從一些危險、復(fù)雜、不確定的操作環(huán)境中解放出來，改善人類的工作和生活品質(zhì)，推動社會的進(jìn)步和發(fā)展?！?.2國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述及簡析冗余機(jī)械臂運(yùn)動學(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?！p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、控制和操作的單臂機(jī)器人。……3主要研究內(nèi)容及研究方案3.1研究內(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)時的可靠性、實(shí)用性，可以實(shí)現(xiàn)避障、容錯和關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化。但同時也給機(jī)械臂的逆運(yùn)動學(xué)求解帶來了麻煩，下面將對冗余機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行詳細(xì)的分析。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)勢和用途。為了方便機(jī)械臂的逆運(yùn)動學(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。前三個關(guān)節(jié)交于一點(diǎn)，形成一個球關(guān)節(jié)（sphere），稱作肩關(guān)節(jié)；后三個關(guān)節(jié)軸線也相交于一點(diǎn)形成一個球關(guān)節(jié)，稱作腕關(guān)節(jié)；第四個關(guān)節(jié)也就是肘關(guān)節(jié)，對其進(jìn)行了偏置以便增加肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍，進(jìn)而增大整個人機(jī)系統(tǒng)的工作空間?！?.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)、視覺反饋以及地面遙操作等一整套系統(tǒng)工程學(xué)問題。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)器人的蠕動步態(tài)運(yùn)動，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)動步態(tài)，驗(yàn)證規(guī)劃算法的正確性；（3）可遠(yuǎn)程無線控制操作；……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2023年9月到2023年1月，主要開展了機(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)動學(xué)的解析解方法；了解并掌握了目前針對七自由度冗余機(jī)械臂的參數(shù)化方法，為后面開展基于雙臂形角參數(shù)化的冗余手臂逆運(yùn)動學(xué)求解奠定基礎(chǔ)。2023年1月到2023年5月，主要開展了機(jī)器人話劇中海龜機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析與四足協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃?？紤]海龜爬行過程中，重心始終落在支撐三角形內(nèi)已達(dá)到身體的平衡性，規(guī)劃了一種四足協(xié)調(diào)運(yùn)動步態(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?！?.2進(jìn)度安排本課題的研究時間為2023年9月開始至2023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，針對課題研究計劃，制定出下面的研究進(jìn)度：（1）2023年9月至2023年1月：開展了機(jī)器人方面基礎(chǔ)知識學(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)動學(xué)求解方法?！?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?！菊n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?！?.2所需條件及經(jīng)費(fèi)開展今后的課題研究需要一個具有冗余雙臂的機(jī)器人宇航員作為研究平臺，現(xiàn)在正在進(jìn)行機(jī)械部分的采購和加工，其中一支靈巧手已經(jīng)完成加工和測試。預(yù)計年底前完成整機(jī)的機(jī)械部分組裝，隨后開展雙臂協(xié)調(diào)操作和力柔順控制算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！?預(yù)計困難及解決方案7.1預(yù)計困難與技術(shù)難點(diǎn)課題進(jìn)行需要學(xué)習(xí)的知識較多，涉及嵌入式硬件開發(fā)、軟件開發(fā)、電路板設(shè)計，機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)、軌跡規(guī)劃等知識?！?.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)行主要知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，并多動手實(shí)際操作，提供動手操作能力，也外后期打下良好的基礎(chǔ)。同時采取以下方案：……參考文獻(xiàn)[1]林來興.空間控制技術(shù)[M].北京：中國宇航出版社，1992：25-42.[2]辛希孟.信息技術(shù)與信息服務(wù)國際研討會論文集：A集[C].北京：中國科學(xué)出版社，1999：45-49.……[5]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)計研究院，1997：16-17.[6]李志強(qiáng).自主創(chuàng)新能力是國際化的根本點(diǎn)[N].光明日報，2005-0