轮腿复合式无人地面车辆越障分析与控制系统研究

发布时间：2021-05-12 11:46

　　无人地面车辆（UGV）具有机动性和适应性好、越障能力强、可在极端环境下执行任务及高度智能化等优点,在军事及民用领域有广泛应用。无人地面车辆的驱动结构形式多样,主要分为轮式、腿式和轮/腿混合式、履带式、轮/履混合式、轮/履/腿混合式。轮腿复合式结构既有轮式的高机动性又有腿式的良好越障性能,对复杂地形有良好适应能力且承载能力强,能很好完成特定任务,具有重要的研究意义。但目前轮腿复合式UGV多为转动式摆臂,通过在摆臂上端铰接点处直接安装驱动电机来控制,在铰接点处的载荷较大,且车轮驱动电机的动力传递路线较长,动力在传递过程中易损失,其在承载能力、适应性、载荷分布和稳定性等方面仍存在许多问题。本论文基于目前轮腿式结构的不足,同时考虑复杂环境对UGV的重要需求,结合UGV平面运动学、转向运动学及动力学与机构学理论基础,提出并研制了一款新型轮腿复合式全轮驱动且具有一定越障能力、机械传动稳定性及适应性好的UGV。该UGV摆臂为移动式摆臂,结构简单,同时具有6轮6腿且左右对称,轮腿均采用模块化设计,前后轮腿间可实现互换,驱动电机通过齿轮齿条带动摆臂运动,使轮腿上端铰接点可移动同时载荷分布更合理。围绕该U... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 UGV研究现状
        1.2.1 UGV国内研究现状
        1.2.2 UGV国外研究现状
    1.3 UGV重点研究方向和内容
        1.3.1 UGV路径规划现状
        1.3.2 UGV越障及运动学分析研究现状
    1.4 UGV目前存在的问题及发展趋势
        1.4.1 UGV目前存在的问题
        1.4.2 UGV发展趋势
    1.5 本论文主要研究内容
2 UGV机械系统结构设计
    2.1 引言
    2.2 UGV机械结构方案选择
    2.3 UGV总体机构方案设计
    2.4 UGV总体机构组成
        2.4.1 UGV车架
        2.4.2 UGV齿轮齿条及导轨滑块机构
        2.4.3 UGV摆臂结构及减振模块
        2.4.4 UGV车轮结构
    2.5 UGV驱动机构参数设计
        2.5.1 UGV车轮驱动电机选型
        2.5.2 UGV摆臂驱动电机选型
    2.6 本章小结
3 UGV运动学和动力学分析
    3.1 引言
    3.2 UGV平面运动学分析
    3.3 UGV转向运动学分析
        3.3.1 同向差速运动学分析
        3.3.2 反向差速运动学分析
    3.4 UGV转向动力学分析
        3.4.1 UGV转向受力分析
        3.4.2 UGV转向动力学分析
    3.5 UGV越障动作规划
        3.5.1 通过垂直障碍动作规划
        3.5.2 通过壕沟动作规划
    3.6 UGV运动学和动力学仿真分析
        3.6.1 虚拟样机技术简介
        3.6.2 ADAMS仿真软件简介
        3.6.3 UGV虚拟样机模型创建
        3.6.4 UGV仿真分析
        3.6.5 UGV悬架系统仿真分析
    3.7 本章小结
4 UGV控制系统设计
    4.1 引言
    4.2 UGV控制系统总体方案设计
        4.2.1 UGV直线行驶控制设计
        4.2.2 UGV转向行驶控制设计
    4.3 UGV控制系统软件设计
        4.3.1 运动控制系统软件简介
        4.3.2 运动控制程序设计
    4.4 UGV控制系统硬件选型设计
        4.4.1 运动控制板
        4.4.2 驱动器选型
        4.4.3 传感器选型
        4.4.4 蓄电池选型
    4.5 UGV控制系统硬件组成单元
        4.5.1 电机控制单元
        4.5.2 红外遥控单元
        4.5.3 电机驱动单元及执行单元
        4.5.4 控制板OLED简介
    4.6 本章小结
5 UGV调试与试验
    5.1 引言
    5.2 UGV初步调试与运行
    5.3 UGV垂直障碍试验
    5.4 UGV壕沟试验
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 本论文工作总结
    6.2 展望
参考文献
附录
    A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
    C 学位论文数据集
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外地面无人系统发展与关键技术研究[J]. 余青松.  中国战略新兴产业. 2018(28)
[2]外军无人地面车发展现状及启示[J]. 周晶晶,苏致远,王任栋.  军事交通学院学报. 2018(05)
[3]六轮足地面无人车辆动力学建模及仿真研究[J]. 董震,邢俊文.  现代机械. 2017(05)
[4]基于STM32的PWM输出实验设计[J]. 廉佐政,王海珍.  实验技术与管理. 2017(08)
[5]地面无人车辆及关键技术研究进展[J]. 朱炳先,张朋飞.  山西大同大学学报(自然科学版). 2017(01)
[6]国外无人车和地面机器人发展计划[J]. 王军良,张国斌,刘向平.  国外坦克. 2016(05)
[7]新型轮腿式地面移动机器人的结构设计与运动特性分析[J]. 张礼华,费蓝冰,楼飞,王康.  中国机械工程. 2015(21)
[8]新一代军用无人地面车辆的发展[J]. 张国斌.  国外坦克. 2015(04)
[9]下一代军用无人地面车辆发展趋势探究[J]. 徐峰.  现代军事. 2015(02)
[10]全地形无人车的设计与实现[J]. 张韬懿,王田苗,吴耀,赵其腾.  机器人. 2013(06)

博士论文
[1]城市环境下无人驾驶车辆运动控制方法的研究[D]. 赵盼.中国科学技术大学 2012

硕士论文
[1]履带车辆差速转向载荷比受软土地面条件影响的实验研究[D]. 王洪涛.东北农业大学 2014
[2]智能车辆结构化道路单目视觉导航技术[D]. 王安帅.北京理工大学 2008
[3]六轮自主移动机器人动力学建模与控制的研究[D]. 江水明.南京理工大学 2005



本文编号：3183354