地面移动侦查机器人系统设计

发布时间：2017-03-29 23:00

  本文关键词：地面移动侦查机器人系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在以人为本的观念愈发深入人心的今天,无论是警用侦察,还是军用作战,无人化移动平台必将会代替传统任务执行方式,谨防危险的发生。警察或战士在执行危险任务时,往往囿于自身生理和心理的局限,不能完全满足执行任务的需求。地面移动侦查机器人,主要用于代替人到不能去或不适宜去的危险环境中,进行侦察、排除和处理危险物的地面无人车辆。机器人平台化的设计理念,可以使机器人成为负重机器人、侦察机器人、排爆机器人、武装打击机器人。本项目研究的履带式机器人以及机械手臂,为类似地面移动机器人的设计研发提供了理论依据和实践借鉴。针对所设计的地面移动侦查机器人,本项目展开了一系列的研究工作,主要包括:1)设计参数拟定。研究国内外特种地面移动机器人的发展现状,并进行市场调研,根据广大民警战士的实际需求,拟定机器人的设计指标参数。2)结构设计与电机匹配。根据设计指标参数,对机器人的整体以及各模块进行构形分析,按模块地逐步进行结构设计和电机选型。3)行进系统动力学研究。对机器人攀越台阶、攀爬斜坡、跨越壕沟和平地转向几种运动状态进行动力学建模,并求解分析。4)行驶平稳性研究。建立三维路面模型和动力学模型,分析行驶姿态、速度、路面状况对旋转功能台的振动影响,并分析软性路面上转向的特性。5)机械手臂设计研究。先由整体设计、构形分析,到结构设计、电机选型,再对机械手臂进行运动学分析。最后,针对现有的设计研究,提出进一步改进的建议,并对地面移动机器人的技术发展作出展望。
【关键词】：侦查机器人 机械设计 动力学分析 平稳性分析 机械手臂
【学位授予单位】：中北大学
【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
• 1 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 课题研究目的与意义10-11
• 1.3 特种地面移动机器人国内外研究概况11-17
• 1.3.1 国外特种地面移动机器人研究概况11-16
• 1.3.2 国内特种地面移动机器人研究概况16-17
• 1.4 论文的主要工作及内容安排17-19
• 2 侦查移动机器人总体设计19-27
• 2.1 设计指标与系统分析19-25
• 2.1.1 设计指标19-20
• 2.1.2 系统分析20-25
• 2.2 系统组成与布局25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 侦查机器人机械设计与电机匹配27-37
• 3.1 履带底盘设计27-29
• 3.1.1 行驶系统总体布局27
• 3.1.2 行驶系统传动设计27-29
• 3.2 旋转功能台系统设计29
• 3.3 机械手臂系统设计29-30
• 3.4 电机与减速器的选型匹配研究30-36
• 3.4.1 行驶运动电机与减速器的选型匹配研究30-33
• 3.4.2 翻转臂减速电机与减速器的选型匹配研究33-36
• 3.4.3 支撑杆减速电机与功能台减速电机的选型匹配研究36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 移动机器人行进系统动力学分析37-58
• 4.1 机器人的质心分布37-41
• 4.1.1 旋转功能台在主车体位置时的质心分布39-40
• 4.1.2 旋转功能台在翻转臂位置时的质心分布40-41
• 4.2 机器人攀越台阶动力学分析41-45
• 4.2.1 机器人正向攀越台阶41-43
• 4.2.2 机器人反向攀越台阶43-45
• 4.3 机器人攀爬斜坡动力学分析45-46
• 4.4 机器人跨越壕沟动力学分析46-47
• 4.5 机器人转向动力学分析47-57
• 4.5.1 牵引平衡和力矩平衡48-49
• 4.5.2 转向阻力矩49-51
• 4.5.3 履带底盘转向行走驱动力矩的计算51-54
• 4.5.4 考虑重心偏移时转向驱动力矩的计算54-55
• 4.5.5 转向灵活性分析55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 机器人底盘行驶平稳性仿真研究58-81
• 5.1 移动机器人平稳性理论基础59-61
• 5.1.1 路面不平度模拟方法60
• 5.1.2 路面不平度标准60-61
• 5.2 三维路面模型建立61-63
• 5.3 移动机器人仿真模型建立63-65
• 5.4 移动机器人行驶过程仿真65-71
• 5.4.1 不同行驶姿态对旋转功能台的影响66-68
• 5.4.2 不同行驶速度对旋转功能台的影响68-70
• 5.4.3 不同路面状况对旋转功能台的影响70-71
• 5.5 软性路面行驶过程仿真71-80
• 5.5.1 基于Bekker理论的路面设置71-74
• 5.5.2 路面特征值和设置74-76
• 5.5.3 原地转向动力学仿真研究76-78
• 5.5.4 大半径转向动力学仿真研究78-80
• 5.6 本章小结80-81
• 6 机械手臂系统设计81-99
• 6.1 机械手臂总体设计81-84
• 6.1.1 构型分析81-82
• 6.1.2 驱动机构分析82-83
• 6.1.3 硬件系统分析83-84
• 6.2 电机选型84-89
• 6.2.1 手臂部分电机选型85-86
• 6.2.2 手爪电机的选取86-89
• 6.3 机械手臂的运动学分析89-98
• 6.3.1 建立数学模型89-92
• 6.3.2 正运动学分析92-94
• 6.3.3 运动仿真模型建立94-95
• 6.3.4 手臂末端极限轨迹分析95-97
• 6.3.5 逆运动学分析97-98
• 6.4 本章小结98-99
• 7 总结与展望99-101
• 7.1 全文总结99-100
• 7.2 工作展望100-101
• 参考文献101-104
• 致谢104-105
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果105-106

【参考文献】

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本文编号：275599