六轮救援机器人的设计与研究

发布时间：2020-02-18 18:56

【摘要】：为了适应灾后复杂的非结构地面环境,国内外现在对全地形的救援机器人已有很多涉及和研究。基本上可以分为普通轮式救援机器人,普通履带式救援机器人,轮履复合式救援机器人。但是,这些类型的救援机器人都存在一定的局限性。普通的轮式救援机器人机动性好,但是越障性能差;普通履带式救援机器人越障性能好,但是机动性差;轮履复合式救援机器人结合了以上两者的优点,但是结构相对复杂。本课题的目标是将机器人技术、营救行动技术、灾难学等多学科知识有机融合,研制与开发一款机动性好、越障能力强的悬架可自调节的全地形六轮救援机器人。首先,分析了国内外有关轮式、履带式、复合式等救援机器人的优缺点以及它们的适用环境和场合,并结合灾后救援的参数指标,提出了六轮救援机器人的设计思路。重点对六轮救援机器人摆臂系统的驱动系统及机械结构进行了设计与分析。并利用SolidWorks三维建模软件对各个零件进行建模和装配。对六轮救援机器人摆臂、主轴、周向减震系统等关键零部件进行了有限元分析和优化。其次,对设计完成的六轮救援机器人越障过程进行了分析和规划,并且通过遗传算法使救援机器人在满足越障的几何约束条件下,以保障机器人运动稳定性为目标,求出了最优越障姿态参数。通过ADAMS软件对越障过程进行仿真分析,验证了越障规划的正确性。再次,在已经研制的六轮救援机器人机械本体和越障规划理论的基础上,对其控制系统进行了软硬件设计,该系统硬件和软件设计均采用了模块化的设计方法,使得该控制系统结构简单、成本低、能耗低。最后通过仿真及实验验证了该控制系统的合理性与有效性。最后针对课题已经取得的研究成果进行总结,并从六轮救援机器人的机械结构、运动越障规划、控制系统、人机工程等几个方面对六轮救援机器人的发展前景作了展望。
【图文】：

美国,越障

图 1-1 美国 Nomad 图 1-2 美军“六脚壁虎”华中科技大学研制的三角联动排爆机器人[11]，如图 1-3 所示。其机械机构由六个三角小轮组成，在任何行驶状态下，总是可以保证两个小轮着地，从而保证了此机械机构的越障稳定性，并且具有较高的通过性。但是，该款机器人机械结构复杂，，这相应的导致了机器人故障率的增加。同时，该款机器人的越障能力受到三轮结构的外圈半径大小的限制，为了提高越障能力就必须加大三轮结构的外圈半径，但是半径越大机器人的稳定性越差。针对火灾救援需求上海交通大学的特种机器人研究室成功研制了“SUPER-DII”机器人，如图 1-4 所示。该型救援机器人不仅对各类路况的通用性强，而且爬楼越障和原地转弯能力强。其采用被动行星机构，平地行走时靠地面约束周转行星轮系两个自由度的其中一个；越障时靠障碍物对救援机器人的支撑力使行星轮机构被动抬高从而实现越障。

壁虎,美军,越障

图 1-1 美国 Nomad 图 1-2 美军“六脚壁虎”华中科技大学研制的三角联动排爆机器人[11]，如图 1-3 所示。其机械机构由六个三角小轮组成，在任何行驶状态下，总是可以保证两个小轮着地，从而保证了此机械机构的越障稳定性，并且具有较高的通过性。但是，该款机器人机械结构复杂，这相应的导致了机器人故障率的增加。同时，该款机器人的越障能力受到三轮结构的外圈半径大小的限制，为了提高越障能力就必须加大三轮结构的外圈半径，但是半径越大机器人的稳定性越差。针对火灾救援需求上海交通大学的特种机器人研究室成功研制了“SUPER-DII”机器人，如图 1-4 所示。该型救援机器人不仅对各类路况的通用性强，而且爬楼越障和原地转弯能力强。其采用被动行星机构，平地行走时靠地面约束周转行星轮系两个自由度的其中一个；越障时靠障碍物对救援机器人的支撑力使行星轮机构被动抬高从而实现越障。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

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