碩士學位論文開題報告模板(2023版)

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文開題報告（模板）題目：機器人宇航員雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃院（系）機電工程及自動化學科/專業(yè)機械工程導師徐**研究生**學號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)外文獻綜述及簡析2冗余機械臂運動學研究現(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冗余機械臂建模33.2研究方案34預期目標44.1預期目標45已完成的研究工作及進度安排45.1已完成的研究工作45.2進度安排56已具備的研究條件和所需條件及經(jīng)費56.1實驗室條件和經(jīng)費保障56.2所需條件及經(jīng)費57預計困難及解決方案67.1預計困難與技術難點67.2解決方案6參考文獻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)等尖端技術需要精密和超精密的儀器設備，精密儀器設備要求高速、…………1.2研究的目的和意義氣體軸承是利用氣膜支撐負荷或減少摩擦的機械構件?！?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)開展了很多關于仿人冗余雙臂機器人的研究工作，國內(nèi)則相對滯后。但在近年來中國科技與經(jīng)濟迅速騰飛的過程中，國內(nèi)的很多高校及科研機構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、清華大學、北京航空航天大學、上海交通大學和北京理工大學等。隨著此項技術進一步地向高度的智能化發(fā)展，應用領域的不斷擴大，機器人正在逐步地將人類從一些危險、復雜、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)，推動社會的進步和發(fā)展。……2.2國內(nèi)外文獻綜述及簡析冗余機械臂運動學研究現(xiàn)狀冗余機械臂是指其自身具有的自由度數(shù)多于執(zhí)行任務所需的最少自由度數(shù)，實際上具有六個自由度的機械臂，便可以在可達空間內(nèi)以任意位姿到達任意位置，但是在某些特殊情況下還是會選擇可以進行避障、關節(jié)力矩優(yōu)化和奇異回避等優(yōu)點的七自由度冗余機械臂。……雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀早在二十世紀五十年代，最早出現(xiàn)的機器人很多就已經(jīng)開始采用雙臂系統(tǒng)，但廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中的，卻是便于設計、控制和操作的單臂機器人?！?主要研究內(nèi)容及研究方案3.1研究內(nèi)容為了確保機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，同時保證其能獨立完成部分精細操作，機器人宇航員的手臂采用了七自由度冗余結構。而采用冗余結構的機械臂相比于常見的六自由度機械臂（如PUMA、Stanford），有著許多不可替代的優(yōu)點，增強了機械臂在執(zhí)行任務時的可靠性、實用性，可以實現(xiàn)避障、容錯和關節(jié)力矩優(yōu)化。但同時也給機械臂的逆運動學求解帶來了麻煩，下面將對冗余機械臂的運動學進行詳細的分析。冗余機械臂建模七自由度冗余機械臂的結構形式很多，每種特定的結構也都有自己獨特的優(yōu)勢和用途。為了方便機械臂的逆運動學求解，我們采用S-R-S形式的七自由度冗余機械臂結構，如圖所示。前三個關節(jié)交于一點，形成一個球關節(jié)（sphere），稱作肩關節(jié)；后三個關節(jié)軸線也相交于一點形成一個球關節(jié)，稱作腕關節(jié)；第四個關節(jié)也就是肘關節(jié)，對其進行了偏置以便增加肘關節(jié)的運動范圍，進而增大整個人機系統(tǒng)的工作空間。……3.2研究方案機器人宇航員的研制包含機械部分、控制系統(tǒng)、視覺反饋以及地面遙操作等一整套系統(tǒng)工程學問題。鑒于該項目涉及的學科廣、難度大和任務多，本課題主要負責機器人宇航員七自由度冗余手臂的參數(shù)化逆運動學求解，并進行雙臂協(xié)調(diào)操作的軌跡規(guī)劃，最后搭建參數(shù)化的動力學模型進行聯(lián)合仿真，驗證算法的正確性，模擬實現(xiàn)預期的典型操作任務。課題研究流程如下圖所示：……4預期目標4.1預期目標預期目標是研制出仿生蛇形機器人完整樣機，主要包括機械系統(tǒng)和嵌入式控制系統(tǒng)。本課題預期實現(xiàn)下面四個目標和成果主要完成以下目標：（1）完成蛇形機器人的蠕動步態(tài)運動，驗證規(guī)劃算法的正確性；（2）完成蛇形機器人的蜿蜒運動步態(tài)，驗證規(guī)劃算法的正確性；（3）可遠程無線控制操作；……5已完成的研究工作及進度安排5.1已完成的研究工作2023年9月到2023年1月，主要開展了機器人學的學習，并復現(xiàn)了一篇論文中提出的基于克利福德代數(shù)的六自由度機械臂逆運動學的解析解方法；了解并掌握了目前針對七自由度冗余機械臂的參數(shù)化方法，為后面開展基于雙臂形角參數(shù)化的冗余手臂逆運動學求解奠定基礎。2023年1月到2023年5月，主要開展了機器人話劇中海龜機器人的腿部結構運動學分析與四足協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃。考慮海龜爬行過程中，重心始終落在支撐三角形內(nèi)已達到身體的平衡性，規(guī)劃了一種四足協(xié)調(diào)運動步態(tài)，實驗證明得到了較好的爬行效果。在此期間掌握了三次多項式插值、五次多項式插值和三次樣條插值的路徑點插值方法，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月份進行答辯，根據(jù)之前的項目經(jīng)驗，結合自身學習，科研攻關能力，針對課題研究計劃，制定出下面的研究進度：（1）2023年9月至2023年1月：開展了機器人方面基礎知識學習，了解并掌握了六自由度以及冗余機械臂的逆運動學求解方法?！?已具備的研究條件和所需條件及經(jīng)費6.1實驗室條件和經(jīng)費保障目前已經(jīng)具有一套六自由度機械臂，可以進行軌跡規(guī)劃算法和力柔順控制算法的驗證?！菊n題受到載人航天預研項目的大力支持，經(jīng)費可以得到部分的保障。……6.2所需條件及經(jīng)費開展今后的課題研究需要一個具有冗余雙臂的機器人宇航員作為研究平臺，現(xiàn)在正在進行機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。預計年底前完成整機的機械部分組裝，隨后開展雙臂協(xié)調(diào)操作和力柔順控制算法的實驗驗證。……7預計困難及解決方案7.1預計困難與技術難點課題進行需要學習的知識較多，涉及嵌入式硬件開發(fā)、軟件開發(fā)、電路板設計，機器人的運動學、軌跡規(guī)劃等知識。……7.2解決方案為了提高課題進展速度和效率，保證學習質(zhì)量，采用邊應用邊學習再應用的方法進行主要知識的系統(tǒng)學習，并多動手實際操作，提供動手操作能力，也外后期打下良好的基礎。同時采取以下方案：……參考文獻[1]林來興.空間控制技術[M].北京：中國宇航出版社，1992：25-42.[2]辛希孟.信息技術與信息服務國際研討會論文集：A集[C].北京：中國科學出版社，1999：45-49.……[5]馮西橋.核反應堆壓力容器的LBB分析[R].北京：清華大學核能技術設計研究院，1997：16-17.[6]李志強.自主創(chuàng)新能力是國際化的根本點[N].光明日報，2005-0