欠驱动履带式移动机器人系统设计与仿真研究

发布时间：2017-03-18 17:05

  本文关键词：欠驱动履带式移动机器人系统设计与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：履带式移动机器人在灾难搜救、科研探测和军事行动等领域应用广泛。为提高履带式移动机器人的越障性能,传统的履带式移动机器人通常通过加装主动摆臂实现越障,机器人的体积和质量相对较大,控制系统相对复杂。欠驱动机构由于其在特定的条件下,结构简单,控制方便,经济实惠。开展自适应欠驱动履带式移动机器人的设计研究具有深远意义。本文提出一种综合履带式移动机器人和欠驱动机构特征的欠驱动履带式移动机器人。对其进行了构型综合、结构设计、力学特性分析和通过性分析。具体包括:根据欠驱动履带式移动机器人的预期功能,确定机器人的整体组成;依据构型综合和闭链创新设计,结合欠驱动运动方式,对其驱动传动系统行星差动模块进行构型综合与优选,确定了欠驱动履带式移动单元;选定欠驱动履带式移动机器人的主车体结构为刚性主车体;确定机械臂自由度和关节配置,完成欠驱动履带式移动机器人的总体构型设计。依据欠驱动实现的条件,设计欠驱动履带式移动机器人移动单元。完成传动系统的结构优化设计;根据欠驱动履带式移动机器人技术参数,完成机器人总体结构设计。基于D-H法建立运动模式下机器人的正、逆运动学模型,通过ADAMS进行运动学仿真验证;建立移动单元差动轮系动力学模型,通过ADAMS进行动力学仿真验证;对运动模式位姿下的机械臂和差动轮系进行模态分析,得到相应的频率和振型,为机器人的结构优化设计以及进一步的稳定性和较小噪声的研究提供理论支持。基于地面力学,研究不同地质对履带的作用机理。通过分析履带系统与地面作用关系,建立欠驱动履带式移动机器人履-地接触模型。运用Recur Dyn建立欠驱动履带式移动机器人通过性仿真模型,对欠驱动履带式移动机器人在水平地形对应三种典型地质和随机地形对应三种典型地质,进行通过性仿真,验证机器人在复杂地面上的稳定性、可靠性和通过性。
【关键词】：欠驱动履带式移动机器人 构型综合 力学特性分析 通过性分析
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 欠驱动机器人国内外研究现状10-13
• 1.2.1 差动式欠驱动机器人11-12
• 1.2.2 兼容式欠驱动机器人12-13
• 1.2.3 被动/触发式欠驱动机器人13
• 1.3 履带式移动机器人国内外研究现状13-17
• 1.3.1 单节双履带式移动机器人13-14
• 1.3.2 双节四履带式移动机器人14-15
• 1.3.3 多节多履带式移动机器人15
• 1.3.4 多节轮履复合式移动机器人15-16
• 1.3.5 自重构式履带式移动机器人16-17
• 1.4 欠驱动履带式移动机器人研究状况17-18
• 1.4.1 欠驱动可变形履带式移动机器人17
• 1.4.2 欠驱动辅助摆臂履带式移动机器人17-18
• 1.4.3 欠驱动摆臂履带式移动机器人18
• 1.5 欠驱动履带式移动机器人发展趋势分析18-19
• 1.6 本文的主要研究内容19-21
• 第二章 欠驱动履带式移动机器人构型综合21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 欠驱动履带式移动机器人系统功能简介21
• 2.3 欠驱动履带式移动单元构型设计21-28
• 2.3.1 移动单元设计流程21-23
• 2.3.2 移动单元差动传动模块选型23-24
• 2.3.3 移动单元差动传动模块构型设计24-27
• 2.3.4 移动单元方案设计27-28
• 2.4 欠驱动履带式移动机器人主车体选型28-29
• 2.5 欠驱动履带式移动机器人机械臂构型设计29-31
• 2.5.1 机械臂自由度选定29
• 2.5.2 机械臂关节配置方式综合29-31
• 2.6 欠驱动履带式移动机器人系统构型设计31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 欠驱动履带式移动机器人结构设计33-46
• 3.1 引言33
• 3.2 欠驱动履带式移动机器人技术要求33-34
• 3.3 欠驱动履带式移动单元模块化设计34-42
• 3.3.1 移动单元传动比分配34
• 3.3.2 移动单元齿轮结构优化34-37
• 3.3.3 移动单元电机组件选定37-38
• 3.3.4 移动单元主要部件设计38-41
• 3.3.5 移动单元模块化设计总成41-42
• 3.4 欠驱动履带式移动机器人主车体结构设计42
• 3.5 欠驱动履带式移动机器人机械臂结构设计42-45
• 3.5.1 机械臂关节舵机选型与配置43-44
• 3.5.2 机械臂末端执行器结构设计44-45
• 3.6 欠驱动履带式移动机器人结构总成45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 欠驱动履带式移动机器人力学特性分析46-67
• 4.1 引言46
• 4.2 欠驱动履带式移动机器人运动学分析46-56
• 4.2.1 机器人运动学位姿描述方法简介46
• 4.2.2 欠驱动履带式移动机器人正运动学建模46-49
• 4.2.3 欠驱动履带式移动机器人逆运动学建模49-51
• 4.2.4 欠驱动履带式移动机器人运动学仿真51-56
• 4.3 欠驱动履带式移动机器人动力学分析56-63
• 4.3.1 移动单元动力学建模56-60
• 4.3.2 移动单元动力学仿真60-63
• 4.4 欠驱动履带式移动机器人关键组件结构动力学分析63-66
• 4.4.1 运动模式下机械臂模态分析64-65
• 4.4.2 差动轮系模态分析65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 欠驱动履带式移动机器人通过性分析67-81
• 5.1 引言67
• 5.2 欠驱动履带式移动机器人履地接触建模67-70
• 5.2.1 地面基本力学模型67-68
• 5.2.2 履地相互作用模型68-70
• 5.3 基于Recurdyn的机器人仿真模型构建70-72
• 5.4 几种典型地形的机器人通过性仿真72-80
• 5.4.1 平地面通过性仿真分析72-75
• 5.4.2 随机地面通过性仿真分析75-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-82
• 6.1 结论81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间的研究成果和参与项目情况88-89
• 附录89-90

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本文编号：254754