基于Webots的服务机器人故障仿真平台研究与设计

摘要

随着科技的发展，机器人逐步走进人们的日常生活之中。在为人们带来便捷的同时，其安全问题日益凸显，对服务机器人展开故障预测和故障诊断研究势在必行。故障信息获取作为机器人故障诊断中的关键一环，是该领域研究的核心问题之一。针对传统手段获取故障信息困难的问题，本文对机器人故障仿真平台进行了研究，并基于Webots仿真软件搭建了服务机器人故障仿真软件平台。
　　本文在调研国内外机器人仿真研究现状和发展趋势的基础上，提出了基于Webots和MATLAB联合搭建机器人故障仿真平台的设计方案。利用Webots仿真软件完成机器人模型和运行环境的搭建，该模块实现故障注入和故障信息获取;利用MATLAB完成人机交互界面的设计和故障数据的分析，该模块用以实现机器人状态信息显示和故障信息处理。
　　根据前述设计方案，本文在Webots软件中完成了机器人底层运动模块的设计，并与外部导入的机器人外壳组合构建机器人3D模型，然后为模型添加了电机和传感器，同时完成了机器人控制器的设计，搭建了仿真家庭环境;在MATLAB中进行了人机交互界面的设计，实现了Webots和MATLAB的双向通信。
　　本文对机器人常见故障及其特点进行了阐述，完成了故障注入模块设计，并使用故障注入技术实现故障仿真，利用基于遗传算法优化的神经网络实现了机器人故障诊断方法的验证。
　　故障仿真平台总体测试结果表明，该平台能够对机器人进行实时故障注入及状态信息采集，能够对状态信息实现存储与处理，可应用于机器人故障诊断的仿真研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究背景和意义

1．2 机器人仿真国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本文主要内容

2．3 本章小结

第二章 仿真平台总体设计方案

2．I Webots仿真软件介绍

2．2 仿真平台总体设计思路

2．2．1 仿真平台需求分析

2．2．2 仿真平台总体设计方案

2．3 本章小结

第三章 机器人仿真平台设计实现

3．1 机器人实体建模

3．1．1 底层运动模块建模

3．1．2 机器人外壳建模

3．1．3 机器人整体建模

3．2 超级机器人

3．3 机器人运行环境建模

3．4 仿真平台控制器设计

3．4．1 机器人控制器

3．4．2 超级控制嚣

3．5 人机交互界面设计

3．6 本章小结

第四章 故障仿真

4．1 故障注入技术

4．2 机器人常见故障及故障仿真方法

4．3 故障注入实现

4．4 基于遗传算法优化的神经网络故障诊断方法设计

4．4．1 神经网络

4．4．2 遗传算法

4．4．3 基于遗传算法优化的神经网络故障诊断算法设计

4．5 本章小结

第五章 仿真实验与结果分析

5．1 故障仿真实验

5．2 故障诊断仿真实验

5．3 平台总体测试与实验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 研究前景展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文

硕士期间参加科研工作