發(fā)布時(shí)間：2016-11-11 20:41

  本文關(guān)鍵詞：便攜式可變形履帶式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)》 2015年

便攜式可變形履帶式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)研究

項(xiàng)宏偉  

【摘要】：近年來(lái)頻頻發(fā)生的各種災(zāi)難造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，，其中有人為的恐怖事件，也有大的自然災(zāi)害。在各種災(zāi)難后的快速、有效、安全地搜救受傷人員成為救援的第一任務(wù)。目前用于搶險(xiǎn)救災(zāi)的搜救設(shè)備通常包括空中的情況調(diào)查裝置和能夠進(jìn)入災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)的搜救裝置。無(wú)人或有人駕駛的直升機(jī)能夠完成前一項(xiàng)任務(wù)；而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)搜救裝置，由于災(zāi)后環(huán)境非常復(fù)雜，還需要在環(huán)境適應(yīng)性、移動(dòng)性等方面加以突破。為解決該問(wèn)題，本論文對(duì)便攜式可變形多履帶式移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特性做了詳細(xì)研究。 首先，進(jìn)行了一種變形雙履帶式移動(dòng)機(jī)器人（Transformable Double-Tracked MobileRobot簡(jiǎn)稱TDMR）研究，該機(jī)器人采用自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，自適應(yīng)機(jī)構(gòu)由一組行星輪系及四邊形機(jī)構(gòu)組成，使機(jī)器人能夠適應(yīng)地面形狀，可以同時(shí)完成跨越障礙物及攀爬樓梯的作用。采用四邊形機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人可根據(jù)地面形狀適應(yīng)地形，行星輪系能夠根據(jù)履帶受力情況實(shí)現(xiàn)四邊形的變形或履帶驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，從而自主適應(yīng)地形。為保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程的可靠性，TDMR機(jī)器人研究了變形復(fù)位、限位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用尾輪機(jī)構(gòu)，減小TDMR機(jī)器人在越障過(guò)程的沖擊。根據(jù)對(duì)TDMR機(jī)器人結(jié)構(gòu)的研究，研制了樣機(jī)，開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，TDMR機(jī)器人體積過(guò)大，運(yùn)動(dòng)不靈活，越障沖擊力較大等不足。因此，提出對(duì)機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以更好的適應(yīng)復(fù)雜災(zāi)難環(huán)境。 其次，開(kāi)展了基于平行四邊形變形機(jī)構(gòu)的可變形多履帶式移動(dòng)機(jī)器人（Super TrackedMobile Robot簡(jiǎn)稱STMR）結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)模式研究。STMR機(jī)器人的主體是由兩個(gè)呈對(duì)稱分布的平行四邊形結(jié)構(gòu)組成。平行四邊形的一個(gè)邊為車體，其它三條邊為履帶機(jī)構(gòu)，履帶機(jī)構(gòu)通過(guò)連接軸同步驅(qū)動(dòng)。通過(guò)四邊形的變形運(yùn)動(dòng)和履帶驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，使STMR機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)輪式運(yùn)動(dòng)、腿式運(yùn)動(dòng)和履帶式運(yùn)動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠在復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)動(dòng)。對(duì)STMR機(jī)器人靜止和勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力狀況進(jìn)行了分析。建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了STMR機(jī)器人質(zhì)心方程，分析了STMR機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，并優(yōu)化了STMR機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)。分別分析了輪式運(yùn)動(dòng)模式和主履帶運(yùn)動(dòng)模式下，靜止?fàn)顟B(tài)和勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的受力情況，推導(dǎo)出其處于最佳運(yùn)動(dòng)姿態(tài)時(shí)的擺臂轉(zhuǎn)角方程。 再次，對(duì)STMR機(jī)器人越障的類型進(jìn)行了分析，并圍繞典型障礙-臺(tái)階開(kāi)展了研究。對(duì)跨越臺(tái)階過(guò)程的動(dòng)作進(jìn)行了詳細(xì)的分析與規(guī)劃，研究和分析了STMR機(jī)器人在越障過(guò)程中整體質(zhì)心位置與擺臂角的變化規(guī)律；為保證STMR機(jī)器人在跨越臺(tái)階的過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，對(duì)STMR機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化分析，在控制擺角的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了STMR機(jī)器人的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用牛頓歐拉方法建立STMR機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)跨越臺(tái)階的幾個(gè)階段分別作了動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，得出了STMR機(jī)器人跨越臺(tái)階過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)力矩方程，并分析了其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。對(duì)STMR機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)做了仿真分析，獲得了STMR機(jī)器人驅(qū)動(dòng)力矩的變化規(guī)律。 最后，開(kāi)發(fā)了STMR機(jī)器人的控制系統(tǒng)，研制了STMR機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了動(dòng)作規(guī)劃的正確性和姿態(tài)優(yōu)化的有效性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， STMR機(jī)器人具有良好的越障性能和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，并且其運(yùn)動(dòng)形式多樣，變形靈活，能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

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6 項(xiàng)宏偉;便攜式可變形履帶式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2015年

7 卜遲武;風(fēng)機(jī)葉片打磨機(jī)器人的控制研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

8 毛世鑫;輻射對(duì)稱仿生柔體機(jī)器人協(xié)同推進(jìn)機(jī)理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

9 孟慶梅;仿人頭像機(jī)器人人工情感建模與實(shí)現(xiàn)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

10 郭磊;自行車機(jī)器人非線性系統(tǒng)中若干問(wèn)題的研究[D];北京郵電大學(xué);2007年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉德峰;兩棲多足機(jī)器人通訊定位及相關(guān)技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

2 李菡;基于雙機(jī)器人協(xié)同的自動(dòng)鉆鉚終端器及其自動(dòng)供釘裝置的設(shè)計(jì)與研究[D];浙江大學(xué);2010年

3 單曉敏;利用流體動(dòng)能充電的管道清理機(jī)器人[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2010年

4 胡運(yùn)富;無(wú)膝雙足被動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性和穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

5 史科科;基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的嗅覺(jué)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 白建軍;多功能護(hù)理服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[D];南昌大學(xué);2010年

7 張也弛;服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)研究[D];吉林大學(xué);2006年

8 周寧;割草機(jī)器人割臺(tái)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制研究[D];江蘇大學(xué);2005年

9 余杭杞;仿蝗蟲四足跳躍機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)性能分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

10 李繼運(yùn);微小研拋機(jī)器人加工系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[D];吉林大學(xué);2007年

  本文關(guān)鍵詞：便攜式可變形履帶式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：171496