多模式两轮移动机器人的设计与研究
发布时间：2022-01-17 04:37
为实现小型特种地面移动机器人的遥控、自主或半自主执行任务,要求其具有便于携带或配置的小体积小质量,在复杂地形环境下的强大越障能力以及在多样工作空间中的灵活变形能力。现有小型地面移动机器人因越障能力受到机构设计尺寸限制,很难同时满足这三点设计需求。本文结合小型机器人高越障技术与整体变形机构思想,设计出一种具有可变形车身的新型多模式两轮地面移动机器人,并对其各运动模式进行分析研究。首先提出多模式两轮移动机器人设计概念,基于平面6R单环闭链连杆机构对机器人进行可变形车身设计,通过控制车身变形,可获得四种功能模式（折展模式、两轮移动模式、类履滚动模式和攀爬越障模式）的集成与切换。折展模式下,机器人通过折叠变形实现体积缩小以便储存、运输和携带,通过展开变形可开启移动与工作;两轮移动模式下,通过车身变形实现车身与车尾的结构集成,并可调整轮距和车尾长度以改变转弯半径和车身宽度,增加机器人地面适应性;类履滚动模式下,杆件在地面交替铺展支撑实现类履滚动,适用于不平整或松软路面,可作为主移动模式失灵情况下的备用移动模式;攀爬越障模式下,6R连杆车身可变形至凹多边形状对障碍物进行攀附,实现高台与连续楼梯越障...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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?北京交通大学硕士学位论文???功能，通过折叠可减小机器人净高以通过小于其轮径的矮缝，也可使其质心降低，??从而能够攀爬大于４５°的陡坡。针对车轮主要有车轮更换和变形轮两种研宄思路。??ＫＲＡＴＯＣＨＶＰ＾设计的ＭｅｇａＳｃｏｕｔ可根据不同环境需求更换轮子以增强机器人??的多地形适应力。Ｐｈｉｌｉｐｐｅ等人先是提出以四杆机构为基础的单自由度缩放轮１２２］，??缩放比为１．３，随后提出一种车轮宽度和半径比例不受结构限制的变形轮［２３］，缩放??比可达１．８。Ｃｈｅｎ等将曲柄滑块结构用于实现车轮外径变化，轮毂在轮轴的转动下??带动曲柄转动继而推动轮缘展开［２４］。??
４在小型移动机器人领域内，除了上述三种类型机器人，还有一类复合式机器??人，在同一个机械本体上集成多种运动模式，通过特殊的结构设计和运动控制，??使其移动构件可以发生不同组合变化，在不同环境下采取最适应的运动模式。其??中，履带具有较大变形空间，常与轮式、腿式相结合，构成复合式机器人，使机??器人既具有轮腿式运动的灵活高效特性，也具有履带式运动的高越障性。??以色列埃尔比特公司研制的ＶＩＰｅＲ［３６］机器人，拥有Ｇａｌｉｌｅｏ?Ｍｏｂｉｌｉｔｙ?Ｓｙｓｔｅｍ公??司发明的特殊的轮履系统：具有可伸缩性的履带包覆在车轮外廓，在轮式运动模??式下，履带与车轮完全贴合呈圆形，越障模式下，原本隐藏在大车轮内部的履带??轮会伸出且履带会随之张紧，此时机器人具有良好越障能力。ＶＩＰｅＲ尺寸参数为??３８０ｍｍＸ?１９０ｍｍ，重约１１．３ｋｇ，同时具有便携性和高移动性。韩国学者Ｊａｎｇ－Ｗｏｏｎ??Ｌｅｅ［３７］等采用了同样的隐藏履带轮的设计理念，不同之处在于将履带直接和履带轮??作为整体一起隐藏和伸展，避免了履带长度变化带来的履带脱落现象。国防科技??大学ＦａｌｉａｎｇＺｈ〇Ｕ［３Ｓ］延用履带定长思想设计出变形轮履腿四轮小车，每个车轮为四??杆结构，外面包覆定长履带，轮式模式下四根杆件外廓呈圆形，变形后四根杆件??呈“〇〇”，履带呈椭圆形，此时可进行履带式或者腿式运动以完成越障，其变形过??程如图丨－１０所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]冗余驱动全R副四面体移动机器人[J]. 王志瑞,姚燕安,张迪,刘洋,张林. 机械工程学报. 2019(03)
[2]闭链弓形五连杆越障能力分析与运动规划[J]. 余联庆,枚元元,李琳,王玉金,吴昌林. 机械工程学报. 2017(07)
[3]可抛掷移动机器人上下楼梯机构设计及仿真[J]. 张世隆,施家栋,王建中,朵英贤. 北京理工大学学报. 2016(06)
[4]履带可变形机器人越障性能研究[J]. 朱岩,王明辉,李斌,王聪. 机器人. 2015(06)
[5]无人机在救援方面的应用及发展[J]. 张峰,佟巍,周立冬,刘爱兵. 中华灾害救援医学. 2015(11)
[6]空间三正交平行四边形滚动机构[J]. 荀致远,关永瀚,席利贺,孙春华,姚燕安. 机械工程学报. 2015(17)
[7]新型变结构球形机器人运动分析[J]. 孙汉旭,赵伟,张延恒. 机械工程学报. 2013(19)
[8]八达大型双臂救援机器人下线[J]. 机器人技术与应用. 2013(02)
[9]一种具有爬坡能力的球形机器人运动分析[J]. 孙治伟,孙汉旭,贾庆轩,张延恒,赵伟,叶茁. 机器人. 2012(02)
[10]MSTRbot:一种小型侦察机器人[J]. 周伟,石为人,李江波,王楷. 机器人. 2011(05)
博士论文
[1]多模式移动连杆机构理论研究[D]. 田耀斌.北京交通大学 2015
[2]抛投机器人翻转越障技术研究[D]. 张世隆.北京理工大学 2015
[3]单元及组合型网格式移动连杆机构的研究[D]. 刘长焕.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]空间多面体翻滚机器人运动分析与控制技术研究[D]. 张中鹏.南京航空航天大学 2014
[2]单闭链6R连杆滚动机构的研究[D]. 翟美丽.北京交通大学 2014
[3]可折叠地面移动连杆机构的研究[D]. 李晔卓.北京交通大学 2013
[4]带有机械臂的两轮可重构移动机器人的设计与研究[D]. 黎雄.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3594057
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碑BHTBOT-3机器人t啊Fig.1礴BHTBOT-3m加tsllg]
?北京交通大学硕士学位论文???功能，通过折叠可减小机器人净高以通过小于其轮径的矮缝，也可使其质心降低，??从而能够攀爬大于４５°的陡坡。针对车轮主要有车轮更换和变形轮两种研宄思路。??ＫＲＡＴＯＣＨＶＰ＾设计的ＭｅｇａＳｃｏｕｔ可根据不同环境需求更换轮子以增强机器人??的多地形适应力。Ｐｈｉｌｉｐｐｅ等人先是提出以四杆机构为基础的单自由度缩放轮１２２］，??缩放比为１．３，随后提出一种车轮宽度和半径比例不受结构限制的变形轮［２３］，缩放??比可达１．８。Ｃｈｅｎ等将曲柄滑块结构用于实现车轮外径变化，轮毂在轮轴的转动下??带动曲柄转动继而推动轮缘展开［２４］。??
４在小型移动机器人领域内，除了上述三种类型机器人，还有一类复合式机器??人，在同一个机械本体上集成多种运动模式，通过特殊的结构设计和运动控制，??使其移动构件可以发生不同组合变化，在不同环境下采取最适应的运动模式。其??中，履带具有较大变形空间，常与轮式、腿式相结合，构成复合式机器人，使机??器人既具有轮腿式运动的灵活高效特性，也具有履带式运动的高越障性。??以色列埃尔比特公司研制的ＶＩＰｅＲ［３６］机器人，拥有Ｇａｌｉｌｅｏ?Ｍｏｂｉｌｉｔｙ?Ｓｙｓｔｅｍ公??司发明的特殊的轮履系统：具有可伸缩性的履带包覆在车轮外廓，在轮式运动模??式下，履带与车轮完全贴合呈圆形，越障模式下，原本隐藏在大车轮内部的履带??轮会伸出且履带会随之张紧，此时机器人具有良好越障能力。ＶＩＰｅＲ尺寸参数为??３８０ｍｍＸ?１９０ｍｍ，重约１１．３ｋｇ，同时具有便携性和高移动性。韩国学者Ｊａｎｇ－Ｗｏｏｎ??Ｌｅｅ［３７］等采用了同样的隐藏履带轮的设计理念，不同之处在于将履带直接和履带轮??作为整体一起隐藏和伸展，避免了履带长度变化带来的履带脱落现象。国防科技??大学ＦａｌｉａｎｇＺｈ〇Ｕ［３Ｓ］延用履带定长思想设计出变形轮履腿四轮小车，每个车轮为四??杆结构，外面包覆定长履带，轮式模式下四根杆件外廓呈圆形，变形后四根杆件??呈“〇〇”，履带呈椭圆形，此时可进行履带式或者腿式运动以完成越障，其变形过??程如图丨－１０所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]冗余驱动全R副四面体移动机器人[J]. 王志瑞,姚燕安,张迪,刘洋,张林. 机械工程学报. 2019(03)
[2]闭链弓形五连杆越障能力分析与运动规划[J]. 余联庆,枚元元,李琳,王玉金,吴昌林. 机械工程学报. 2017(07)
[3]可抛掷移动机器人上下楼梯机构设计及仿真[J]. 张世隆,施家栋,王建中,朵英贤. 北京理工大学学报. 2016(06)
[4]履带可变形机器人越障性能研究[J]. 朱岩,王明辉,李斌,王聪. 机器人. 2015(06)
[5]无人机在救援方面的应用及发展[J]. 张峰,佟巍,周立冬,刘爱兵. 中华灾害救援医学. 2015(11)
[6]空间三正交平行四边形滚动机构[J]. 荀致远,关永瀚,席利贺,孙春华,姚燕安. 机械工程学报. 2015(17)
[7]新型变结构球形机器人运动分析[J]. 孙汉旭,赵伟,张延恒. 机械工程学报. 2013(19)
[8]八达大型双臂救援机器人下线[J]. 机器人技术与应用. 2013(02)
[9]一种具有爬坡能力的球形机器人运动分析[J]. 孙治伟,孙汉旭,贾庆轩,张延恒,赵伟,叶茁. 机器人. 2012(02)
[10]MSTRbot:一种小型侦察机器人[J]. 周伟,石为人,李江波,王楷. 机器人. 2011(05)
博士论文
[1]多模式移动连杆机构理论研究[D]. 田耀斌.北京交通大学 2015
[2]抛投机器人翻转越障技术研究[D]. 张世隆.北京理工大学 2015
[3]单元及组合型网格式移动连杆机构的研究[D]. 刘长焕.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]空间多面体翻滚机器人运动分析与控制技术研究[D]. 张中鹏.南京航空航天大学 2014
[2]单闭链6R连杆滚动机构的研究[D]. 翟美丽.北京交通大学 2014
[3]可折叠地面移动连杆机构的研究[D]. 李晔卓.北京交通大学 2013
[4]带有机械臂的两轮可重构移动机器人的设计与研究[D]. 黎雄.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3594057
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