松软地面两轮驱动机器人系统建模及运动控制研究
发布时间：2021-07-07 07:02
随着外星球探测的进一步深入,对于两轮驱动机器人在松软地面中的运动控制需求也应运而生。例如,国外已经开始研制专门用于火山口、洞穴探测的星球子母探测车,其子车一般都是两轮驱动的。子车通过绳索主动释放到覆盖有松软地面的火上口（或洞穴）底部来执行探测任务,因而其控制系统需要克服松软地面所带来的影响。针对缺乏精确且可用于实时运动控制的松软地面轮式移动机器人力学模型的问题,本文设计并制作出带有力反馈的两轮驱动机器人作为试验平台,对松软地面下该机器人系统模型进行了研究,并基于模型研究成果对该机器人在松软地面中进行运动控制研究。参照火星子母车中子车的构型,设计并制作出了一种能在松软崎岖地面上行驶,每个车轮几何都安装有六维力传感器,具备速度模式和力矩模式硬件环境的两轮驱动机器人。搭建了该机器人的软件环境,为后续研究提供试验平台。建立了该机器人在松软地面中的运动学和动力学模型。动力学模型中包含地形阻力项,需要单独对其进行研究。为此,重新定义松软地面中车轮滚动阻力系数,并进行了滚动阻力系数单轮试验研究,建立了该系数与车轮滑转率之间的简单且精确的动态模型,根据该模型对动力学模型中的地形阻力项进行求解。提出了滚...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DuAXL洞穴探测子母车[2]
由于外星球地表深度探测的巨大前景，开展针对松软地面的两轮驱动器人系统建模及运动控制研究，对于日后研发高性能、强环境适应性的两轮驱动星球探测车意义重大，同时也能为子母探测车的研究提供必要的理论支持，已经成为未来星球探测车发展不可或缺的一环。1.2 国内外研究现状1.2.1 星球探测车移动系统研究现状人类对于能在非结构化且高度不平坦的复杂地形中正常工作的轮式移动系统的需求日益增加，近年来该系统在星球探测中的应用更是备受关注。从 1971 年起，在阿波罗 15 号，16 号和 17 号任务当中，美国研制的有人驾驶月球探测车 ApolloLRV（如图 1-5 所示）被送上月球，协助美国宇航员完成相关探测任务[7-9]。ApolloLRV 底盘由前中后三部分组成，悬架为双横臂独立悬架，底盘及悬架均可折展；转向系统由双套后置式阿克曼转向机构组成；车轮为金属弹性筛网轮，弹性轮胎的外表面上安装有钛合金的齿片[10]。其移动系统、悬架及车轮结构如图 1-6 所示。
由于外星球地表深度探测的巨大前景，开展针对松软地面的两轮驱动器人系统建模及运动控制研究，对于日后研发高性能、强环境适应性的两轮驱动星球探测车意义重大，同时也能为子母探测车的研究提供必要的理论支持，已经成为未来星球探测车发展不可或缺的一环。1.2 国内外研究现状1.2.1 星球探测车移动系统研究现状人类对于能在非结构化且高度不平坦的复杂地形中正常工作的轮式移动系统的需求日益增加，近年来该系统在星球探测中的应用更是备受关注。从 1971 年起，在阿波罗 15 号，16 号和 17 号任务当中，美国研制的有人驾驶月球探测车 ApolloLRV（如图 1-5 所示）被送上月球，协助美国宇航员完成相关探测任务[7-9]。ApolloLRV 底盘由前中后三部分组成，悬架为双横臂独立悬架，底盘及悬架均可折展；转向系统由双套后置式阿克曼转向机构组成；车轮为金属弹性筛网轮，弹性轮胎的外表面上安装有钛合金的齿片[10]。其移动系统、悬架及车轮结构如图 1-6 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]星球车车轮原地转向沉陷试验及模型研究[J]. 杨怀广,丁亮,高海波,郭军龙,邓宗全,刘振,吕焱. 机械工程学报. 2017(08)
[2]自主轮式移动机器人路径追踪的纵向与侧向滑动控制（英文）[J]. Hamza KHAN,Jamshed IQBAL,Khelifa BAIZID,Teresa ZIELINSKA. Journal of Zhejiang University-Science C（Computers & Electronics）. 2015(02)
[3]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[4]载人月球车移动系统综述及关键技术分析[J]. 邓宗全,范雪兵,高海波,丁亮. 宇航学报. 2012(06)
[5]轮式移动机器人研究综述[J]. 朱磊磊,陈军. 机床与液压. 2009(08)
博士论文
[1]轮式移动机器人滑转率预测及遥操作技术研究[D]. 李卫华.哈尔滨工业大学 2016
[2]轻载荷刚性轮一月面系统动力学研究[D]. 金大玮.吉林大学 2013
[3]月/星球车轮地作用地面力学模型及其应用研究[D]. 丁亮.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]月球车车轮与土壤作用的力学特性测试系统的研制与实验[D]. 全齐全.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3269174
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DuAXL洞穴探测子母车[2]
由于外星球地表深度探测的巨大前景，开展针对松软地面的两轮驱动器人系统建模及运动控制研究，对于日后研发高性能、强环境适应性的两轮驱动星球探测车意义重大，同时也能为子母探测车的研究提供必要的理论支持，已经成为未来星球探测车发展不可或缺的一环。1.2 国内外研究现状1.2.1 星球探测车移动系统研究现状人类对于能在非结构化且高度不平坦的复杂地形中正常工作的轮式移动系统的需求日益增加，近年来该系统在星球探测中的应用更是备受关注。从 1971 年起，在阿波罗 15 号，16 号和 17 号任务当中，美国研制的有人驾驶月球探测车 ApolloLRV（如图 1-5 所示）被送上月球，协助美国宇航员完成相关探测任务[7-9]。ApolloLRV 底盘由前中后三部分组成，悬架为双横臂独立悬架，底盘及悬架均可折展；转向系统由双套后置式阿克曼转向机构组成；车轮为金属弹性筛网轮，弹性轮胎的外表面上安装有钛合金的齿片[10]。其移动系统、悬架及车轮结构如图 1-6 所示。
由于外星球地表深度探测的巨大前景，开展针对松软地面的两轮驱动器人系统建模及运动控制研究，对于日后研发高性能、强环境适应性的两轮驱动星球探测车意义重大，同时也能为子母探测车的研究提供必要的理论支持，已经成为未来星球探测车发展不可或缺的一环。1.2 国内外研究现状1.2.1 星球探测车移动系统研究现状人类对于能在非结构化且高度不平坦的复杂地形中正常工作的轮式移动系统的需求日益增加，近年来该系统在星球探测中的应用更是备受关注。从 1971 年起，在阿波罗 15 号，16 号和 17 号任务当中，美国研制的有人驾驶月球探测车 ApolloLRV（如图 1-5 所示）被送上月球，协助美国宇航员完成相关探测任务[7-9]。ApolloLRV 底盘由前中后三部分组成，悬架为双横臂独立悬架，底盘及悬架均可折展；转向系统由双套后置式阿克曼转向机构组成；车轮为金属弹性筛网轮，弹性轮胎的外表面上安装有钛合金的齿片[10]。其移动系统、悬架及车轮结构如图 1-6 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]星球车车轮原地转向沉陷试验及模型研究[J]. 杨怀广,丁亮,高海波,郭军龙,邓宗全,刘振,吕焱. 机械工程学报. 2017(08)
[2]自主轮式移动机器人路径追踪的纵向与侧向滑动控制（英文）[J]. Hamza KHAN,Jamshed IQBAL,Khelifa BAIZID,Teresa ZIELINSKA. Journal of Zhejiang University-Science C（Computers & Electronics）. 2015(02)
[3]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[4]载人月球车移动系统综述及关键技术分析[J]. 邓宗全,范雪兵,高海波,丁亮. 宇航学报. 2012(06)
[5]轮式移动机器人研究综述[J]. 朱磊磊,陈军. 机床与液压. 2009(08)
博士论文
[1]轮式移动机器人滑转率预测及遥操作技术研究[D]. 李卫华.哈尔滨工业大学 2016
[2]轻载荷刚性轮一月面系统动力学研究[D]. 金大玮.吉林大学 2013
[3]月/星球车轮地作用地面力学模型及其应用研究[D]. 丁亮.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]月球车车轮与土壤作用的力学特性测试系统的研制与实验[D]. 全齐全.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3269174
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