越障机构静力学分析与越障性能研究

发布时间：2017-09-23 10:32

  本文关键词：越障机构静力学分析与越障性能研究

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【摘要】：随着科学技术的不断进步,人类对未知世界领域的探索不断深入,然而面对一些操作难度大、工作环境恶劣、作业境况危险等领域,一般的穿越机构难以实现对复杂路面的越障功能。因而,对越障机构深入研究的重要性日益突出,渐渐成为国内外专家研究的热点。论文通过深入研究现有轮式和腿式两种越障机构的优点和不足,提出了一种轮-腿复合式越障机构,并对其传动结构、静力学性能及越障性能进行了深入细致的研究,论文主要研究工作及结论如下:(1)为实现轮、腿越障机构按需驱动,论文将两2K-H行星轮机构串联,通过齿数计算及配合,设计出两级输出行星轮机构传动方案,利用运动过程中可变约束的施加与释放,实现了越障机构在移动过程中遇到垂直障碍路面时,自动选择机械腿机构辅助越障的功能,大幅增强了机构自适应能力。最后,通过运动学仿真软件仿真分析,验证了其可变约束传动的可行性及正确性。(2)对于机械腿辅助越障机构,论文采用具有高精度、高承载力的2UPR-UPU四自由度并联机械腿机构。论文在对机械腿运动轨迹和承载力研究分析过程中,首先建立了对应2UPR-UPU并联机械腿机构对应坐标系,依据所建坐标系列出了闭环约束矢量方程,通过对约束矢量方程求解推出了其驱动雅可比矩阵,获得了机构的输入输出之间的映射关系。其次,通过虚功原理建立了静力学关系方程,并根据静力学关系方程求解出静力学矩阵方程,并通过范函数运算以及拉格朗日乘子运算得出了机构静力学评价指标,并编程仿真,证明该机构静力学性能稳定。(3)论文对越障机构的整体越障性能进行了仿真分析。在保证虚拟样机仿真运动完整性的同时,论文对一些繁余复杂结构进行了精简,并建三维仿真虚拟样机模型,通过运动学仿真软件对其进行运动学仿真,验证越障机构的越障性能,本文研究的轮-腿复合式越障机构的越障能力可达500mm,比单纯轮式越障机构的267mm提高233mm。本文所做的工作是对越障机构进行的一次深入细致的研究与分析,通过仿真也验证了轮-腿复合式越障机构更强的越障性能,其研究成果对推动机械自适应性和智能化的发展有着深远的意义,对推广越障机构在工程实际的广泛应用具有重要的价值。
【关键词】：越障机构 行星轮 并联机械腿 运动仿真
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 国内外越障机构研究现状11-20
• 1.1.1 国内外越障机构研究发展现况12-17
• 1.1.2 近代机械国际研究趋势17-20
• 1.2 研究的目的及意义20-21
• 1.3 研究内容及研究目标21-22
• 1.3.1 研究内容21-22
• 1.3.2 研究目标22
• 1.4 本章小结22-23
• 第2章 越障机构工作原理23-29
• 2.1 越障机构传动介绍23
• 2.2 传动原理设计分析23-25
• 2.3 越障机构设计分析25-27
• 2.4 可行性分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 行星轮系机构变约束设计与仿真29-41
• 3.1 行星轮系设计分析29-30
• 3.2 行星轮系传动分析30-35
• 3.2.1 行星轮系传动条件30-32
• 3.2.2 行星轮系传动分析32-34
• 3.2.3 行星轮系功率流分析34-35
• 3.3 行星轮系三维建模和运动学仿真分析35-39
• 3.3.1 行星轮系三维建模及参数设置35-37
• 3.3.2 行星轮系速度仿真结果分析37-38
• 3.3.3 行星轮系力矩仿真结果分析38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 越障机械腿静力学性能分析41-55
• 4.1 并联机械腿模型概述41-45
• 4.1.1 并联机构简要介绍41-42
• 4.1.2 并联机械腿自由度分析42-45
• 4.2 并联机械腿映射分析45-50
• 4.2.1 机械腿机构参数化及坐标系建立45-46
• 4.2.2 矢量法求解驱动雅可比矩阵46-49
• 4.2.3 约束雅可比矩阵求解49-50
• 4.3 并联机械腿静力学方程建立50-52
• 4.3.1 虚功原理求解静力学关系方程50
• 4.3.2 静力学评价分析50-52
• 4.4 并联机械腿机构静力学仿真分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 越障性能分析及仿真55-65
• 5.1 越障机器人尺寸设计55-58
• 5.1.1 可变约束行星轮系尺寸设计55-56
• 5.1.2 并联机械腿尺寸设计56-57
• 5.1.3 越障机器人整体尺寸设计57-58
• 5.2 越障机器人越障性能分析58-61
• 5.2.1 越障机器人机械腿越障分析58-59
• 5.2.2 越障机器人越障分析59-61
• 5.3 系统越障仿真分析61-64
• 5.3.1 并联机械腿机构位移仿真分析61-62
• 5.3.2 机器人越障仿真分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 总结及展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 后续研究工作展望66-67
• 参考文献67-73
• 附录73-75
• 攻读学位期间的科研成果75-77
• 致谢77

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本文编号：904775