履带式欠驱动变形移动机器人机构研究

发布时间：2017-10-28 05:40

  本文关键词：履带式欠驱动变形移动机器人机构研究

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【摘要】：移动机器人因其对环境良好的适应能力,已广泛应用于太空、军事和灾害救援等多个领域。欠驱动机构具有独特的灵活性,应用于移动机器人的行走机构中,能够增强移动机器人对地面环境的适应能力。本课题源自国家863项目(2012AA041508)“地面自适应灾害现场信息采集机器人”,基于变形履带式与行星轮式欠驱动原理,研究了移动机器人行走机构,设计了具有良好地面环境适应能力的移动机器人平台。本文的主要工作和取得的创新成果如下:1.整理了欠驱动机构的研究现状,进行了其机理的分类,基于颜式机构设计法对连杆式的欠驱动机构进行了构型方法研究;2.基于行星轮式的欠驱动原理,结合变形履带机构,提出一种欠驱动履带式变形行走机构,并完成欠驱动变形机器人平台的传动方案设计和机构设计;3.归纳了机器人的变形行走机构的各个杆件参数特性,分析了行走机构各杆件间的运动关系,建立了其行走机构的履带长度模型,以保证履带长度不变为目标对杆件参数进行优化,并使用MATLAB对优化结果进行了仿真验证。4.研究了机器人平台的越障性能,分析其在斜坡、凸台等路面条件上的通过条件;采用RecurDyn软件建立了仿真模型,并对平面、斜坡、沟槽的运动能力进行了仿真验证。
【关键词】：移动机器人 欠驱动机构 参数优化 履带式 RecurDyn仿真
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景9-10
• 1.2 欠驱动机构的国内外研究现状10-12
• 1.2.1 欠驱动的概念10
• 1.2.2 欠驱动机构的国内外研究现状10-12
• 1.3 欠驱动移动机器人的国内外研究现状12-15
• 1.4 欠驱动移动机器人研究存在的问题15
• 1.5 欠驱动移动机器人研究的意义15
• 1.6 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 履带式欠驱动变形移动机器人的构型设计17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 欠驱动机构的分类研究17-20
• 2.2.1 腱绳式机构17-18
• 2.2.2 连杆式机构18
• 2.2.3 行星轮机构18-19
• 2.2.4 齿轮齿条式机构19
• 2.2.5 复合履带式机构19-20
• 2.3 欠驱动机构的构型方法研究20-23
• 2.3.1 欠驱动机构运动链的抽象20-21
• 2.3.2 基于增加构件方式的构型方法研究21-22
• 2.3.3 基于运动链重分配的构型方法研究22-23
• 2.4 履带式欠驱动变形移动机器人平台的概念设计23-25
• 2.4.1 机器人驱动方式分析23-24
• 2.4.2 机器人的行走方式分析24-25
• 2.5 履带式欠驱动变形移动机器人平台的传动设计25-29
• 2.5.1 欠驱动机器人平台的传动方案25-26
• 2.5.2 机器人平台传动方案的对比分析26-28
• 2.5.3 机器人各级传动比的确定28-29
• 2.6 履带式欠驱动变形移动机器人平台的机构设计29-36
• 2.6.1 欠驱动机器人平台的组成30-31
• 2.6.2 本体机构设计31-32
• 2.6.3 差动齿轮分动力机构设计32-33
• 2.6.4 履带式变形行走机构设计33-35
• 2.6.5 辅助越障机构设计35-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 履带式欠驱动移动机器人的变形行走机构优化37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 履带式变形行走机构分析37-39
• 3.2.1 履带式变形行走机构组成37-38
• 3.2.2 履带式变形行走机构的欠驱动原理38-39
• 3.3 履带式变形行走机构参数研究39-51
• 3.3.1 履带式变形行走机构的局部坐标系建立39-41
• 3.3.2 履带式变形行走机构的内部杆件运动关系41-45
• 3.3.3 履带式变形行走机构履带长度模型建立45-51
• 3.4 履带式变形行走机构参数优化设计51-53
• 3.4.1 目标方程51
• 3.4.2 约束条件51-52
• 3.4.3 优化程序设计52-53
• 3.4.4 优化结果53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 履带式欠驱动移动机器人平台的分析与仿真55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 欠驱动机器人平面运动的速度分析55-58
• 4.2.1 平面直线运动的速度分析55-57
• 4.2.2 平面转弯运动的速度分析57-58
• 4.3 欠驱动机器人越障能力分析58-62
• 4.3.1 斜坡运动能力分析59-60
• 4.3.2 凸台运动能力分析60-61
• 4.3.3 沟槽运动能力分析61-62
• 4.4 基于RecurDyn的机器人平台的运动学仿真62-68
• 4.4.1 基于RecurDyn的仿真模型建立62-64
• 4.4.2 机器人模型平面运动仿真64-65
• 4.4.3 机器人模型斜坡运动仿真65-66
• 4.4.4 机器人模型沟槽运动仿真66-68
• 4.5 本章小节68-69
• 第五章 结论69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

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