全地形移动机器人悬架机构动态特性分析
发布时间：2022-11-11 17:35
近年来,全地形移动机器人在户外探测领域应用越来越广泛,引起了国际上广泛的研究与关注。目前,对于全地形移动机器人的研究,大多数关注其控制系统,而对机械结构特别是机器人的悬架机构的研究少之又少。本文设计一款带有独立悬架减振机构的全地形移动机器人,建立其运动学和动力学模型,研制了实物样机,针对不同路况测试整车动态特性,验证了悬架减振机构设计的合理性。本文具体研究内容如下:（1）机器人结构设计。针对全地形移动机器人的应用场景,设计一款具有独立悬架减振机构的移动机器人,该悬架减振机构具有很好的可调节性,通过调节机构,可以方便地设定减振器初始预紧力;利用有限元法分析了机器人关键零部件机械强度,分析结果表明,使用铝合金材料制造车身零部件,满足机械强度要求,符合轻量化设计目标;针对不同运行场景,计算了机器人驱动机构进行动力参数,确定了运动所需最大扭矩,完成电机与减速器的选型。（2）运动学与动力学分析。建立全地形移动机器人运动学与动力学模型,分析机器人转向时车身姿态变化;利用拉格朗日法分析了悬架系统动力学特性,确定影响悬架机构减振性能的主要因素,得出弹簧刚度与机器人减振性能之间的变化关系。（3）仿真分析...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 论文研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 虚拟样机仿真技术
1.4 课题来源
1.5 主要研究内容及章节安排
第2章 全地形移动机器人整体结构设计
2.1 移动机器人的整体功能需求
2.2 移动机器人的设计方案研究
2.3 移动机器人轮胎样式选型与尺寸设计
2.3.1 机器人轮子样式的选型
2.3.2 机器人轮胎数量的确定
2.3.3 轮胎尺寸的确定
2.4 移动机器人电机减速器安装方式与最大爬坡角的确定
2.4.1 电机减速器安装形式的确定
2.4.2 最大爬坡角的确定
2.5 驱动动力系统的设计
2.5.1 电机最大扭矩计算
2.5.2 电机减速器选型
2.6 全地形移动机器人独立悬架减振机构设计与整车建模
2.6.1 悬架减振机构设计
2.6.2 全地形移动机器人整车建模
2.7 关键零部件的有限元分析
2.7.1 车轮安装架静力学分析
2.7.2 车身横架静力学分析
2.8 本章小结
第3章 全地形移动机器人运动学与动力学分析
3.1 全地形移动机器人转向运动学分析
3.1.1 同向转向运动学分析
3.1.2 异向转向运动学分析
3.2 全地形移动机器人动力学分析
3.2.1 同向转向动力学分析
3.2.2 异向转向动力学分析
3.3 全地形移动机器人悬架减振机构动力学分析
3.3.1 四分之一悬架减振系统动力学分析
3.3.2 半车悬架减振系统动力学分析
3.4 本章小结
第4章 全地形移动机器人仿真实验分析
4.1 虚拟样机的建立
4.2 独立悬架减振机构动力学仿真
4.2.1 减振器弹簧刚度系数范围确定
4.2.2 减振器阻尼系数范围确定
4.3 车身自转动力学分析
4.4 不同路面动力学仿真
4.4.1 平坦路面仿真
4.4.2 坑洼路面仿真
4.5 本章小结
第5章 全地形移动机器人实测路况实验研究
5.1 实验样机的试制
5.2 实验平台与测量工具
5.3 全地形移动机器人不同路面振动实验分析
5.3.1 泊油路面移动机器人振动实验分析
5.3.2 水泥路面移动机器人振动实验分析
5.3.3 草地路面移动机器人振动实验分析
5.3.4 鹅卵石路面移动机器人振动试验分析
5.4 电机负载实验研究
5.4.1 车身原地掉头动力实验分析
5.4.2 车身直行时动力实验分析
5.4.3 车身转弯动力实验分析
5.4.4 车身爬坡动力实验分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间获得学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]主动悬架轮腿式全地形移动机器人俯仰姿态闭环控制[J]. 马芳武,倪利伟,吴量,聂家弘. 农业工程学报. 2018(20)
[2]四轮移动机器人运动各向相异性研究[J]. 周卫华. 机电工程. 2018(06)
[3]汽车空气悬架技术特征[J]. 任小龙,龙建,付贻玮. 汽车实用技术. 2017(19)
[4]机器人的发展现状及应用前景[J]. 周海,叶兵. 装备制造技术. 2017(09)
[5]汽车座椅的动态特性优化设计[J]. 王毅,崔萍萍. 汽车实用技术. 2017(17)
[6]两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究[J]. 戴福全,李济泽,朱悦涵,阮玉镇. 机械设计与制造. 2017(04)
[7]四轮全向移动机器人转弯半径的研究[J]. 张皓. 价值工程. 2017(09)
[8]基于SolidWorks和ADAMS的齿轮传动装置建模与仿真方法[J]. 张晨,崔彧青. 机械工程师. 2017(02)
[9]六轮全地形移动机器人越障性能分析与仿真[J]. 王超星,王殿君,陈亚,刘占民,相臣. 制造业自动化. 2016(12)
[10]接触轮变形对机器人砂带磨削深度的影响[J]. 刘斐,王伟,王雷,王刚,贠超. 机械工程学报. 2017(05)
博士论文
[1]时滞最优控制及其在轮式倒立摆中的应用[D]. 周宇生.南京航空航天大学 2016
[2]可变形六足仿生机器人运动分析与控制研究[D]. 于常娟.河北工业大学 2016
[3]机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究[D]. 宁芊.四川大学 2006
硕士论文
[1]全地形轮式移动机器人设计与性能分析[D]. 王奉晨.西南交通大学 2018
[2]四轮轮毂电机电动汽车驱动力矩分配研究[D]. 李一君.太原理工大学 2018
[3]双电混合电动汽车电池动力性能测试方法和装置的研究[D]. 董伟玲.北京化工大学 2017
[4]全向移动机器人悬架系统设计及试验研究[D]. 方春富.东南大学 2017
[5]全地形移动机器人机械结构及控制系统设计[D]. 王超星.北京化工大学 2017
[6]复合式连杆越障侦测机器人研究[D]. 黄结.西南大学 2017
[7]六轮足复合式移动机器人的设计与研究[D]. 董莹.北京交通大学 2017
[8]可变形移动机器人的运动控制与应用[D]. 赵航.沈阳理工大学 2017
[9]变形轮移动机器人的设计与研究[D]. 王丹.北京交通大学 2016
[10]考虑动态峰值力的客车车身骨架轻量化研究[D]. 刘高君.青岛大学 2016
本文编号：3705456
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 论文研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 虚拟样机仿真技术
1.4 课题来源
1.5 主要研究内容及章节安排
第2章 全地形移动机器人整体结构设计
2.1 移动机器人的整体功能需求
2.2 移动机器人的设计方案研究
2.3 移动机器人轮胎样式选型与尺寸设计
2.3.1 机器人轮子样式的选型
2.3.2 机器人轮胎数量的确定
2.3.3 轮胎尺寸的确定
2.4 移动机器人电机减速器安装方式与最大爬坡角的确定
2.4.1 电机减速器安装形式的确定
2.4.2 最大爬坡角的确定
2.5 驱动动力系统的设计
2.5.1 电机最大扭矩计算
2.5.2 电机减速器选型
2.6 全地形移动机器人独立悬架减振机构设计与整车建模
2.6.1 悬架减振机构设计
2.6.2 全地形移动机器人整车建模
2.7 关键零部件的有限元分析
2.7.1 车轮安装架静力学分析
2.7.2 车身横架静力学分析
2.8 本章小结
第3章 全地形移动机器人运动学与动力学分析
3.1 全地形移动机器人转向运动学分析
3.1.1 同向转向运动学分析
3.1.2 异向转向运动学分析
3.2 全地形移动机器人动力学分析
3.2.1 同向转向动力学分析
3.2.2 异向转向动力学分析
3.3 全地形移动机器人悬架减振机构动力学分析
3.3.1 四分之一悬架减振系统动力学分析
3.3.2 半车悬架减振系统动力学分析
3.4 本章小结
第4章 全地形移动机器人仿真实验分析
4.1 虚拟样机的建立
4.2 独立悬架减振机构动力学仿真
4.2.1 减振器弹簧刚度系数范围确定
4.2.2 减振器阻尼系数范围确定
4.3 车身自转动力学分析
4.4 不同路面动力学仿真
4.4.1 平坦路面仿真
4.4.2 坑洼路面仿真
4.5 本章小结
第5章 全地形移动机器人实测路况实验研究
5.1 实验样机的试制
5.2 实验平台与测量工具
5.3 全地形移动机器人不同路面振动实验分析
5.3.1 泊油路面移动机器人振动实验分析
5.3.2 水泥路面移动机器人振动实验分析
5.3.3 草地路面移动机器人振动实验分析
5.3.4 鹅卵石路面移动机器人振动试验分析
5.4 电机负载实验研究
5.4.1 车身原地掉头动力实验分析
5.4.2 车身直行时动力实验分析
5.4.3 车身转弯动力实验分析
5.4.4 车身爬坡动力实验分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间获得学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]主动悬架轮腿式全地形移动机器人俯仰姿态闭环控制[J]. 马芳武,倪利伟,吴量,聂家弘. 农业工程学报. 2018(20)
[2]四轮移动机器人运动各向相异性研究[J]. 周卫华. 机电工程. 2018(06)
[3]汽车空气悬架技术特征[J]. 任小龙,龙建,付贻玮. 汽车实用技术. 2017(19)
[4]机器人的发展现状及应用前景[J]. 周海,叶兵. 装备制造技术. 2017(09)
[5]汽车座椅的动态特性优化设计[J]. 王毅,崔萍萍. 汽车实用技术. 2017(17)
[6]两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究[J]. 戴福全,李济泽,朱悦涵,阮玉镇. 机械设计与制造. 2017(04)
[7]四轮全向移动机器人转弯半径的研究[J]. 张皓. 价值工程. 2017(09)
[8]基于SolidWorks和ADAMS的齿轮传动装置建模与仿真方法[J]. 张晨,崔彧青. 机械工程师. 2017(02)
[9]六轮全地形移动机器人越障性能分析与仿真[J]. 王超星,王殿君,陈亚,刘占民,相臣. 制造业自动化. 2016(12)
[10]接触轮变形对机器人砂带磨削深度的影响[J]. 刘斐,王伟,王雷,王刚,贠超. 机械工程学报. 2017(05)
博士论文
[1]时滞最优控制及其在轮式倒立摆中的应用[D]. 周宇生.南京航空航天大学 2016
[2]可变形六足仿生机器人运动分析与控制研究[D]. 于常娟.河北工业大学 2016
[3]机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究[D]. 宁芊.四川大学 2006
硕士论文
[1]全地形轮式移动机器人设计与性能分析[D]. 王奉晨.西南交通大学 2018
[2]四轮轮毂电机电动汽车驱动力矩分配研究[D]. 李一君.太原理工大学 2018
[3]双电混合电动汽车电池动力性能测试方法和装置的研究[D]. 董伟玲.北京化工大学 2017
[4]全向移动机器人悬架系统设计及试验研究[D]. 方春富.东南大学 2017
[5]全地形移动机器人机械结构及控制系统设计[D]. 王超星.北京化工大学 2017
[6]复合式连杆越障侦测机器人研究[D]. 黄结.西南大学 2017
[7]六轮足复合式移动机器人的设计与研究[D]. 董莹.北京交通大学 2017
[8]可变形移动机器人的运动控制与应用[D]. 赵航.沈阳理工大学 2017
[9]变形轮移动机器人的设计与研究[D]. 王丹.北京交通大学 2016
[10]考虑动态峰值力的客车车身骨架轻量化研究[D]. 刘高君.青岛大学 2016
本文编号：3705456
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3705456.html
