飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制策略研究

摘要

温家宝总理曾经说过：“航空制造是国家的意志，是战略考虑，是国家兴旺发达的标志，具有巨大的科技意义和经济效益。”作为保障航空安全的飞机蒙皮检测同样具有重要意义。而将爬壁机器人技术应用到飞机蒙皮检测中可以弥补人工检测的各种缺点，提高航空的安全系数。本文围绕应用于蒙皮检测的飞机蒙皮检测机器人展开研究，通过设计姿态控制器、控制分配器以及感知模块完善机器人的曲率自适应姿态控制功能。
　　首先设计了飞机蒙皮检测机器人曲面姿态控制器，通过控制机器人重心位置改变机器人姿态。对飞机蒙皮检测机器人的执行器：真空吸盘装置、气缸装置进行了数学建模；针对爬壁机器人曲面吸附状态进行动力学分析；设计基于Backstepping的爬壁机器人曲面姿态控制算法并仿真验证。
　　其次设计了飞机蒙皮检测机器人控制分配器，使机器人具有曲率自适应功能。采用四棱锥法对爬壁机器人进行稳定性分析；同时给出了基于控制分配原理的吸盘组执行器矩阵切换算法，并对算法进行分析；改进了针对吸附力的控制分配算法，并通过仿真验证。
　　然后设计了飞机蒙皮检测机器人的感知模块，使机器人得到自身的实时状态信息。阐述了机器人的定位定姿原理；分别介绍了组成感知模块的各个传感器数学模型：声源定位系统麦克风五元阵列及INS三轴加速度计测量模型，并针对惯性测量系统采用Eviews软件建立系统误差模型；设计了采用UKF融合算法的卡尔曼滤波器，通过对不同传感器数据的信息滤波处理来实现机器人的实时感知模块。
　　最后围绕机器人展开实验研究。通过分析机器人执行器机构的可控性，验证飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制的可行性；介绍了机器人执行器的硬件构成，分析了机器人曲面步态变化。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景、目的和意义

1.2 爬壁机器人研究现状

1.3 爬壁机器人运动控制研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 飞机蒙皮检测机器人曲面姿态控制器设计

2.1 引言

2.2 飞机蒙皮检测机器人执行器数学建模

2.3 爬壁机器人动力学建模

2.4 飞机蒙皮检测机器人曲面姿态调整控制算法

2.5 本章小结

第三章 飞机蒙皮检测机器人控制分配器设计

3.1 引言

3.2 运动稳定性研究方法

3.3 四棱锥稳定性判别法

3.4 稳定性能参数计算

3.5 控制分配模块介绍

3.6 吸盘组控制分配器设计

3.7 本章小结

第四章 飞机蒙皮检测机器人感知模块系统设计

4.1 引言

4.2 感知模块系统介绍

4.3 电子罗盘数学模型

4.4 声源定位系统数学模型

4.5 惯性测量系统数学模型

4.6 传感器数据融合算法

4.7 本章小结

第五章 实验设计与研究

5.1 引言

5.2 飞机蒙皮检测机器人执行器部分描述与实验

5.3 飞机蒙皮检测机器人飞机曲面步态分析

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 本文的主要工作

6.2 前景展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文