适应山地果园的可组合六足机器人结构与运动性能研究
发布时间：2021-09-12 18:38
中国是脐橙种植面积最大的国家。然而,脐橙产地的种植条件较差,其中90%种植在山区。受地形影响,山地果园农业机械化程度非常低,虽有少部分山地果园移动作业机械,但移动作业能力有限。由于缺乏一个综合性农艺移动作业平台,山地果园间的移动运输作业任务主要还是靠人工完成。针对此问题,本文对适应山地果园的可组合六足机器人结构与运动性能进行深入研究。根据山地果园综合性农艺移动作业要求,提出了一种可组合的六足机器人机构,作为山地果园综合性农艺作业平台。基于方位特征集理论方法,综合得到了27种串联型机械腿机构和93种并联型机械腿机构,其中70种是新机构。论文设计得到了一种单回路连接器机构,可方便可靠的将多个可组合六足机器人单体进行快速连接与分离,研究了机械腿及连接器在可组合六足机器人躯体上的布局,使六足机器人达到更好的运动性能,提出了2～3个六足机器人的5种典型组合模式,通过这些组合模式可以更好满足山地果园移动作业需求。论文建立了可组合六足机器人机械腿机构及整机位置正逆解模型、速度模型及加速度模型;用蒙特卡洛法绘制了可组合六足机器人的机械腿机构及整机工作空间,分析了机械腿落足点位置对可组合六足机器人工作空...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
OctopusI六足机器人
第1章绪论8排雷、外太空探索以及野外探测等陆地上具有广泛应用的六足机器人。(1)救援救灾六足机器人上海交通大学在国家973计划项目的支持下，研制了OctopusI六足机器人[54-56]，如图1.1所示。它主要用于核电站的救援任务，可以携带仪器进入事故现场，以完成检测和救援任务。机器人的机械腿采用并联机构，具有承载能力强的特点。其机身的工作空间可达到长500mm，宽500mm和高400mm，可爬25°坡度角并跨越0.4m的障碍，负载能力为150kg，在复杂的环境中表现良好，稳定性较高。他们还研制了第四代OctopusIV六足机器人[57]，如图1.2所示，该机器人机械腿采用串并混联结构，兼具串联和并联机构的特性，主要应用于复杂环境下的紧急救灾任务，代替救援人员执行清理场地和搬运等任务。机器人的高度范围为0.8-1.2m，负重达到200kg，爬坡能力达到25°，越障高度达到0.4m。机器人的驱动装置布置在身体上方，从而减轻了腿部的质量和转动惯量，增强了其运动能力，并且可以与其他机器人协同工作以更好地完成任务。图1.1OctopusI六足机器人图1.2OctopusIV六足机器人上述六足机器人的机械腿采用了并联腿或串并混联腿结构，提高了机器人的承载能力，但同时增加了结构的复杂性，机械腿的工作空间较小，导致机器人跨越沟壑障碍的能力不大。(2)排雷六足机器人日本千叶大学与西班牙国家研究委员会(CSIC)分别研制了COMET系列六足机器人[58-60]与SILO6六足机器人[61-62]，用于排雷作业，如图1.3所示。COMET系列机器人自2000年开始发展至今共研制了4代，均由液压驱动，是最早用于排雷作业的六足机器人。COMET-I每条腿具有3个自由度，整机共18个自由度，在身体下方安装有探地雷达，用于探测地雷。COMET-II在六足的基础上增加了
第1章绪论9两个操作臂，一个操作臂上安装有金属探测器与探地雷达，另一个操作臂安装有记号装置，操作臂使用碳纤维增强塑料以减轻重量；尺寸约为1.8m×1.4m×0.6m，重120kg。COMET-III与COMET-II具有相似的机构，但尺寸更大，达到4m×2.5m×0.8m，重1000kg，可持续工作4小时。COMET-I至COMET-III均只能在较为平坦的地面行走探测，在崎岖山地无法通行。COMET-IV则可以应对稍微更加崎岖复杂的地面，但爬坡能力及稳定性仍然不足。SILO6六足机器人尺寸比COMET系列更小，长度为880mm，宽度为450mm，高度为260mm，重44.34kg，行走速度为0.05m/s。与COMET类似，在机器人前端设计安装一个5自由度机械臂，机械臂末端安装金属探测器用于探测地雷、红外传感器用于检测地面及其他障碍物；每条腿为3个自由度，机器人共18个自由度。由于尺寸变小了，其越障能力变差了，遇到较大的障碍便不能通行。(a)COMET-I(b)COMET-II(c)COMET-III(d)COMET-IV(e)SILO6图1.3排雷六足机器人上述排雷六足机器人可以适应稍微平缓的山地地形，遇到稍陡地形则不能通行，COMET-IV越障能力好但尺寸太大，SILO6尺寸变小但越障能力不足。(3)外太空探索六足机器人针对月球基地的建设需求，由美国国家航空航天局研制的ATHLETE是现在
【参考文献】：
期刊论文
[1]探究脐橙标准化栽培技术[J]. 陈琳. 河南农业. 2020(20)
[2]小型山地履带拖拉机爬坡越障性能分析与试验[J]. 潘冠廷,杨福增,孙景彬,刘志杰. 农业机械学报. 2020(09)
[3]多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究[J]. 谢冬福,罗玉峰,石志新,刘燕德. 中国机械工程. 2020(20)
[4]小型山地履带底盘设计与仿真分析[J]. 刘妤,谢铌,张拓. 机械设计. 2020(06)
[5]六足农业机器人并联腿结构设计与位置分析[J]. 谢冬福,罗玉峰,石志新,刘燕德. 机械传动. 2020(06)
[6]崎岖山地环境履带机器人降维变系数控制方法研究[J]. 刘路,杨冰,韦东,宋宇,陈黎卿,孙燕. 农业机械学报. 2020(02)
[7]增强爬坡能力的六足机器人分步二次规划足力分配算法及试验验证[J]. 王冠宇,丁亮,高海波,刘逸群,刘宇飞,刘振,邓宗全. 机械工程学报. 2019(21)
[8]山地脐橙园建园技术[J]. 李卫敏. 现代园艺. 2019(19)
[9]基于单开链单元的三转动并联机构型综合及其分类[J]. 李少帅,罗玉峰,石志新,谢冬福,刘振坤. 机床与液压. 2019(17)
[10]六足机器人多机可达空间协同越障仿真分析[J]. 詹惠轲,蒋刚,李鑫,留沧海. 机械设计与制造. 2019(09)
博士论文
[1]易防护机械腿六足机器人机构学研究[D]. 张金柱.燕山大学 2018
[2]核电站救灾环境下六足机器人的步态规划与运动控制[D]. 胡楠.上海交通大学 2018
[3]山地果园单轨运输机遥控关键技术与装置的研究[D]. 张俊峰.华中农业大学 2012
硕士论文
[1]六足机器人非结构路况多机协同作业设计与研究[D]. 詹惠轲.西南科技大学 2018
[2]平台转换技术结合莫氏锥度连接设计种植体负载时的三维有限元分析[D]. 李晴.安徽医科大学 2017
[3]四足小象机器人实时控制系统的设计与研究[D]. 邓黎明.上海交通大学 2014
[4]山地果园单轨运输机的研制[D]. 李敬亚.华中农业大学 2011
[5]两栖多足机器人虚拟样机技术研究[D]. 季宝锋.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3394740
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
OctopusI六足机器人
第1章绪论8排雷、外太空探索以及野外探测等陆地上具有广泛应用的六足机器人。(1)救援救灾六足机器人上海交通大学在国家973计划项目的支持下，研制了OctopusI六足机器人[54-56]，如图1.1所示。它主要用于核电站的救援任务，可以携带仪器进入事故现场，以完成检测和救援任务。机器人的机械腿采用并联机构，具有承载能力强的特点。其机身的工作空间可达到长500mm，宽500mm和高400mm，可爬25°坡度角并跨越0.4m的障碍，负载能力为150kg，在复杂的环境中表现良好，稳定性较高。他们还研制了第四代OctopusIV六足机器人[57]，如图1.2所示，该机器人机械腿采用串并混联结构，兼具串联和并联机构的特性，主要应用于复杂环境下的紧急救灾任务，代替救援人员执行清理场地和搬运等任务。机器人的高度范围为0.8-1.2m，负重达到200kg，爬坡能力达到25°，越障高度达到0.4m。机器人的驱动装置布置在身体上方，从而减轻了腿部的质量和转动惯量，增强了其运动能力，并且可以与其他机器人协同工作以更好地完成任务。图1.1OctopusI六足机器人图1.2OctopusIV六足机器人上述六足机器人的机械腿采用了并联腿或串并混联腿结构，提高了机器人的承载能力，但同时增加了结构的复杂性，机械腿的工作空间较小，导致机器人跨越沟壑障碍的能力不大。(2)排雷六足机器人日本千叶大学与西班牙国家研究委员会(CSIC)分别研制了COMET系列六足机器人[58-60]与SILO6六足机器人[61-62]，用于排雷作业，如图1.3所示。COMET系列机器人自2000年开始发展至今共研制了4代，均由液压驱动，是最早用于排雷作业的六足机器人。COMET-I每条腿具有3个自由度，整机共18个自由度，在身体下方安装有探地雷达，用于探测地雷。COMET-II在六足的基础上增加了
第1章绪论9两个操作臂，一个操作臂上安装有金属探测器与探地雷达，另一个操作臂安装有记号装置，操作臂使用碳纤维增强塑料以减轻重量；尺寸约为1.8m×1.4m×0.6m，重120kg。COMET-III与COMET-II具有相似的机构，但尺寸更大，达到4m×2.5m×0.8m，重1000kg，可持续工作4小时。COMET-I至COMET-III均只能在较为平坦的地面行走探测，在崎岖山地无法通行。COMET-IV则可以应对稍微更加崎岖复杂的地面，但爬坡能力及稳定性仍然不足。SILO6六足机器人尺寸比COMET系列更小，长度为880mm，宽度为450mm，高度为260mm，重44.34kg，行走速度为0.05m/s。与COMET类似，在机器人前端设计安装一个5自由度机械臂，机械臂末端安装金属探测器用于探测地雷、红外传感器用于检测地面及其他障碍物；每条腿为3个自由度，机器人共18个自由度。由于尺寸变小了，其越障能力变差了，遇到较大的障碍便不能通行。(a)COMET-I(b)COMET-II(c)COMET-III(d)COMET-IV(e)SILO6图1.3排雷六足机器人上述排雷六足机器人可以适应稍微平缓的山地地形，遇到稍陡地形则不能通行，COMET-IV越障能力好但尺寸太大，SILO6尺寸变小但越障能力不足。(3)外太空探索六足机器人针对月球基地的建设需求，由美国国家航空航天局研制的ATHLETE是现在
【参考文献】：
期刊论文
[1]探究脐橙标准化栽培技术[J]. 陈琳. 河南农业. 2020(20)
[2]小型山地履带拖拉机爬坡越障性能分析与试验[J]. 潘冠廷,杨福增,孙景彬,刘志杰. 农业机械学报. 2020(09)
[3]多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究[J]. 谢冬福,罗玉峰,石志新,刘燕德. 中国机械工程. 2020(20)
[4]小型山地履带底盘设计与仿真分析[J]. 刘妤,谢铌,张拓. 机械设计. 2020(06)
[5]六足农业机器人并联腿结构设计与位置分析[J]. 谢冬福,罗玉峰,石志新,刘燕德. 机械传动. 2020(06)
[6]崎岖山地环境履带机器人降维变系数控制方法研究[J]. 刘路,杨冰,韦东,宋宇,陈黎卿,孙燕. 农业机械学报. 2020(02)
[7]增强爬坡能力的六足机器人分步二次规划足力分配算法及试验验证[J]. 王冠宇,丁亮,高海波,刘逸群,刘宇飞,刘振,邓宗全. 机械工程学报. 2019(21)
[8]山地脐橙园建园技术[J]. 李卫敏. 现代园艺. 2019(19)
[9]基于单开链单元的三转动并联机构型综合及其分类[J]. 李少帅,罗玉峰,石志新,谢冬福,刘振坤. 机床与液压. 2019(17)
[10]六足机器人多机可达空间协同越障仿真分析[J]. 詹惠轲,蒋刚,李鑫,留沧海. 机械设计与制造. 2019(09)
博士论文
[1]易防护机械腿六足机器人机构学研究[D]. 张金柱.燕山大学 2018
[2]核电站救灾环境下六足机器人的步态规划与运动控制[D]. 胡楠.上海交通大学 2018
[3]山地果园单轨运输机遥控关键技术与装置的研究[D]. 张俊峰.华中农业大学 2012
硕士论文
[1]六足机器人非结构路况多机协同作业设计与研究[D]. 詹惠轲.西南科技大学 2018
[2]平台转换技术结合莫氏锥度连接设计种植体负载时的三维有限元分析[D]. 李晴.安徽医科大学 2017
[3]四足小象机器人实时控制系统的设计与研究[D]. 邓黎明.上海交通大学 2014
[4]山地果园单轨运输机的研制[D]. 李敬亚.华中农业大学 2011
[5]两栖多足机器人虚拟样机技术研究[D]. 季宝锋.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3394740
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