一种载人球形载具的设计与研究

发布时间：2017-04-15 22:35

  本文关键词：一种载人球形载具的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会科技的进步和现代工业的发展,出现了各种形式的运载器具,以满足各种新的需求,也给我们的生活带来了新的变化。运载器具按其与接触面接触形式的不同,分为两类:一类是与接触面以多点形式接触的运载器具,如我们常见的两轮车、三轮车,汽车,火车,轮船等;另一类是与接触面以单点形式接触的运载器具。它是一种以球形外壳为独立运动体,并以滚动为主要运动方式的运载器具,这一类我们简称为球形载具,是一种全新概念的、点接触的运输工具。因此近十几年来,球形载具引起了研究人员的关注,国内外越来越多的专家和学者开始重视球形载具研究与开发。球形载具按其应用特点又可分为两类:一类是以运动为主,主要是系统自主控制的结构形式,无承载能力要求。它的驱动装置封闭在球壳内,通过无线通讯和智能方式控制球体的运动,故称其为球形机器人;另一类是具有一定的承载能力,由人在球体内直接操控球体运动,使其完成预定的运动轨迹,此类球形载具就目前国内外研究状况来看,还鲜为少见,我们暂且称之为载人球形载具。本文通过对国内外各种球形载具主要优、缺点的分析和总结,找出存在的问题,提出一种载人球形载具的设计与研究。本文首先通过简单分析对比了几种典型的球形载具的结构特点,针对具有稳定平台的、能够载人的球形载具的特殊要求,提出了几种设计方案,通过分析比较它们的优缺点,选择更优的方案,进一步提出了整体设计方案。其次,根据整体设计方案,进行了运动特性分析;对主要零部件进行了结构设计;在此基础上,用UG建立载人球形载具各部件三维模型并进行装配;在ANSYS Workbench中对重要的零部件进行静态分析以及模态分析,为最终实体模型的加工和安装调试提供了可行性的方案论证依据。最后完成了载人球形载具控制系统及其硬件电路的设计,并通过在实体模型上的实际应用和验证,基本满足预期运动控制功能要求;最终通过1:1的样机试制、运行试验对研究结果予以实际论证。完成实体结构的制造加工。
【关键词】：球形载具 三维建模 结构设计 ANSYS有限元分析 UG
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究及应用现状10-15
• 1.2.1 国外研究情况10-12
• 1.2.2 国内研究情况12-15
• 1.3 课题研究内容与研究方案15
• 1.4 论文主要创新点15-16
• 2 载人球形载具的设计方案16-22
• 2.1 载人球形载具的设计方案16-18
• 2.1.1 载人球形载具的方案设计一16-17
• 2.1.2 载人球形载具的方案设计二17-18
• 2.1.3 载人球形载具的方案设计三18
• 2.2 载人球形载具的运动原理18-20
• 2.3 三种设计方案的比较20
• 2.4 本章小结20-22
• 3 载人球形载具运动特性分析22-32
• 3.1 运动特性分析22-28
• 3.1.1 运动模型22-24
• 3.1.2 运动控制24-28
• 3.2 载人球形机器人转弯运动特性分析28-29
• 3.3 直线运动特性分析29
• 3.4 机器人爬坡特性分析29-30
• 3.5 本章小结30-32
• 4 载人球形载具总体设计与实体建模32-52
• 4.1 虚拟样机技术及其特点32-33
• 4.2 CAD软件简介33-34
• 4.3 主要结构及零部件设计34-41
• 4.3.1 球形外壳的结构设计和成型方案35-36
• 4.3.2 球壳加工中遇到的实际问题36-37
• 4.3.3 问题的解决方案37
• 4.3.4 该方案的优点37-38
• 4.3.5 运动驱动部分的设计38
• 4.3.6 转向装置结构设计38-39
• 4.3.7 关节轴承与伸缩吊杆结构设计39-40
• 4.3.8 轴的设计40-41
• 4.4 基于Ansys Workbench的载人球形载具动力学分析41-47
• 4.4.1 有限元软件简介41-42
• 4.4.2 球形载具的模型建立42
• 4.4.3 ANSYS/Workbench模型动态分析42-47
• 4.5 基于Ansys workbench的小车机架动态分析47-50
• 4.6 本章小结50-52
• 5 载人球形载具的控制52-66
• 5.1 自适应控制52-53
• 5.1.1 自适应控制系统的基本特征52
• 5.1.2 自适应控制系统的类型52-53
• 5.2 载人球形载具的控制机理53-60
• 5.2.1 运动控制模式54-55
• 5.2.2 主动轮驱动电机的选择55-58
• 5.2.3 陀螺仪的设计58-59
• 5.2.4 系统硬件电路的总体结构59-60
• 5.3 步进电机控制器部分的硬件电路设计60-63
• 5.3.1 STC89C54微控制器最小系统设计60-61
• 5.3.2 电源电路设计61-62
• 5.3.3 电机控制驱动电路设计62
• 5.3.4 通信模块RS-485接口电路设计62-63
• 5.3.5 辅助电路设计63
• 5.4 PCB板设计63-64
• 5.4.1 电子元器件封装的选择和制作63-64
• 5.4.2 PCB板制作64
• 5.5 本章小结64-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 作者攻读学位期间发表论文清单72-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 邓宗全;岳明;;球形机器人的发展概况综述[J];机器人技术与应用;2006年03期

2 姜楠;张双才;苏莉蔚;;基于MEMS的惯性测量系统[J];长春工业大学学报(自然科学版);2010年02期

3 王亚嫔;;基于DSP的二相混合式步进电机多细分驱动器的研究[J];科技信息;2010年30期

4 方琛玮;庄未;刘晓平;孙汉旭;;基于ADAMS的球形机器人的运动学分析[J];机械工程与自动化;2009年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘大亮;一种球形移动机器人的运动分析与控制技术的研究[D];北京邮电大学;2009年

2 张瑞亮;双圆弧弧齿锥齿轮传动啮合特性的研究[D];太原理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 袁红;影响初中学生数学建模的主要因素及其对策研究[D];上海师范大学;2005年

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本文编号：309430