小型排爆机器人移动平台机构设计与运动性能的分析和仿真

发布时间：2017-10-21 08:49

  本文关键词：小型排爆机器人移动平台机构设计与运动性能的分析和仿真

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【摘要】：目前,全世界范围内冲突不断,恐怖爆炸事件时常发生,其危险性、复杂性和紧迫性给维和工作带来巨大困难。小型排爆机器人作为一种特种作业机器人,具有全地形适应性,可代替人类深入复杂、危险环境,完成探测、排爆等作业任务,将成为人类反恐排爆工作的有效工具之一。本文提出了一种小型排爆机器人移动平台方案,设计了其行走系统和传动系统,分析了作业过程中的运动学、动力学性能,制作了移动平台实物样机,并结合设计任务,进行了相关性能测试。本文主要研究内容如下：1.分析了小型排爆机器人移动平台设计任务,对比了国内外排爆机器人的典型行走系统方案,提出了一种五自由度的腿履复合式移动平台行走方案。以越过狭窄通道、壕沟、高台、斜坡等常见障碍为目标,建立了移动平台关键尺寸的约束关系,分析了跨越几种常见障碍时的姿态规划问题；2.确定了小型排爆机器人移动平台的传动方案,根据爬坡、转向、翻越垂直障碍等典型工况,分析计算了机器人越障所需驱动力,确定了机器人驱动源选型：分析了移动平台在越障过程中的稳定性,验证了机器人的通过能力；3.基于多体动力学基础理论,利用MSCADAMS软件,建立了小型排爆机器人移动平台虚拟样机,并对爬坡、转弯、翻越垂直障碍等典型工况进行了运动学和动力学仿真分析,确定了机器人越障过程中的稳定性及驱动力要求,验证了机器人驱动源选型的可靠性；4.基于ANSYS有限单元法,分析了小型排爆机器人移动平台主体模块框架的刚度及强度要求,并进行了静力学有关分析；在进一步完善机械结构设计的基础上,利用SolidWorks软件建立了移动平台的三维建模；制作了机器人实物样机,并进行了机器人爬坡、转向、翻越垂直障碍等方面的性能测试,达到了预期的设计目标。
【关键词】：小型排爆机器人 移动平台 虚拟样机构建 运动学分析 动力学分析 样机研制 性能测试
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 排爆机器人国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究情况10-12
• 1.2.2 国内研究情况12-14
• 1.3 排爆机器人关键技术研究14-16
• 1.3.1 机器人研究关键技术领域14-16
• 1.3.2 排爆机器人发展趋势16
• 1.4 本课题研究意义及主要内容16-18
• 第二章 小型排爆机器人移动平台总体设计与运动姿态分析18-31
• 2.1 机器人行走系统总体方案设计18-22
• 2.1.1 机器人行走系统设计任务分析18-19
• 2.1.2 典型行走方案对比19-21
• 2.1.3 机器人行走系统总体方案设计21-22
• 2.2 机器人行走方案性能分析22-30
• 2.2.1 典型障碍下机器人尺寸参数设计22-26
• 2.2.2 典型障碍下机器人运动姿态分析26-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 小型排爆机器人移动平台传动系统设计与越障性能分析31-46
• 3.1 机器人移动平台传动系统总体方案设计31-32
• 3.2 机器人爬坡性能分析32-34
• 3.2.1 机器人爬坡驱动力分析32-33
• 3.2.2 机器人爬坡静态稳定性分析33-34
• 3.3 机器人转向性能分析34-37
• 3.3.1 机器人转向驱动力分析34-36
• 3.3.2 机器人转向稳定性分析36-37
• 3.4 机器人翻越垂直障碍性能分析37-44
• 3.4.1 机器人翻越垂直障碍驱动力分析37-42
• 3.4.2 机器人翻越垂直障碍稳定性分析42-44
• 3.5 机器人驱动源选型44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 小型排爆机器人移动平台虚拟样机建模及运动性能仿真46-61
• 4.1 机器人动力学仿真原理及过程介绍46-49
• 4.1.1 多体系统动力学基础理论46-47
• 4.1.2 MSC.ADAMS应用47-49
• 4.2 小型排爆机器人虚拟样机建模49-50
• 4.3 小型排爆机器人运动性能仿真50-60
• 4.3.1 机器人爬坡过程仿真及结果分析50-52
• 4.3.2 机器人原地转弯过程仿真及优化分析52-56
• 4.3.3 机器人翻越垂直障碍过程仿真及结果分析56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 小型排爆机器人移动平台样机研制及性能测试61-75
• 5.1 机器人移动平台主体模块框架结构设计及静力学分析61-65
• 5.1.1 机器人移动平台主体模块框架结构设计61
• 5.1.2 有限单元法简介及ANSYS软件应用61-62
• 5.1.3 机器人移动平台主体模块框架静力学分析62-65
• 5.2 机器人移动平台结构详细设计65-69
• 5.2.1 机器人移动平台主履带驱动轮模块结构设计66-67
• 5.2.2 机器人移动平台主履带从动轮模块结构设计67-68
• 5.2.3 机器人移动平台摆臂模块结构设计68-69
• 5.3 机器人物理样机性能测试69-74
• 5.3.1 机器人爬坡性能测试70-71
• 5.3.2 机器人原地转向性能测试71
• 5.3.3 机器人翻越垂直障碍性能测试71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 工作总结75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78-79
• 参考文献79-81

【参考文献】

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本文编号：1072399