复杂地形环境下轮腿机器人稳定性研究

发布时间：2024-05-13 03:05

　　轮腿复合式移动机器人结合了轮式移动机器人移动迅速、灵活及腿式移动机器人越障能力强的特点,被广泛应用于各个领域。本课题基于天津市科技计划项目“广域危险环境下泄漏监测预警与突发事故辅助救援系统”(10ZCKFSF01400)进行研究。稳定性是移动机器人工作性能的重要指标,针对实际环境下的运行需求,本文围绕机器人的姿态变化、运动能力和稳定性判定进行研究。根据轮腿式机器人的结构特点和姿态变化方式,基于机器人空间刚体速度完成接地角计算,并运用坐标变换法建立机器人在非结构环境中的运动学模型,得出机器人轮地接触点和质心的坐标表示。针对不同工作状态,研究机器人初始姿态的设定和不同地形下的越障姿态,并推导得出机器人摆臂的姿态变化与平台姿态的运动学关系。研究了机器人面对台阶、凸台、沟槽和小型障碍的通过能力,得出机器人四轮着地时可直接通过地形的包容条件及其结构特征对通过能力的影响。通过对机器人受冲击和紧急制动状态下稳定性的研究,验证了机器人运动速度的合理性。从力和力矩角度对机器人斜坡运动状态进行分析,得出机器人可稳定运行的最大斜坡坡度,验证了摆腿姿态合理变化对运动能力的影响。通过对斜坡转向的研究得出机器人瞬...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的来源和背景
    1.2 移动机器人研究现状
    1.3 移动机器人行走机构的研究现状
    1.4 稳定性研究现状
    1.5 本课题研究内容
第二章 轮腿机器人运动学与姿态分析
    2.1 引言
    2.2 轮腿式移动机器人的整体结构
    2.3 轮腿机器人轮地接触角计算
    2.4 轮腿机器人平台运动学分析
        2.4.1 轮地接触点运动学建模
        2.4.2 质心运动学分析
    2.5 轮腿机器人姿态分析
        2.5.1 初始姿态设定
        2.5.2 越障姿态分析
    2.6 机器人的姿态调整
    2.7 小结
第三章 轮腿机器人运动能力分析
    3.1 引言
    3.2 地形包容条件
    3.3 面对小型障碍机器人移动能力分析
        3.3.1 两前轮同时越障
        3.3.2 两后轮同时越障
        3.3.3 单个车轮越障
    3.4 基于特殊情况的机器人运动状态分析
        3.4.1 冲击对机器人运动稳定性的影响
        3.4.2 水平路面紧急制动的稳定状态分析
    3.5 斜坡运动稳定性
    3.6 姿态调整对运动稳定性的影响
    3.7 斜坡转向研究
        3.7.1 斜坡转向过程压力中心纵向偏移量的变化规律
        3.7.2 斜坡转向过程瞬时转向中心纵向偏移量的变化规律
    3.8 小结
第四章 轮腿机器人稳定性判据研究
    4.1 引言
    4.2 稳定性判据方法概况
    4.3 各种判别方法的比较
    4.4.标准化FASM稳定性判据
    4.5 基于标准化FASM的机器人运动稳定性仿真
    4.6 机器人稳定性的影响因素总结
    4.7 小结
第五章 基于虚拟样机的轮腿机器人越障仿真
    5.1 引言
    5.2 基于ADAMS的系统模型建立
        5.2.1 PRO/E和ADAMS仿真模型建立和传导
        5.2.2 ADAMS仿真模型建立
    5.3 轮腿机器人越障仿真
        5.3.1 爬越台阶的仿真分析
        5.3.2 斜坡转向的仿真分析
    5.4 小结
第六章 结论
    6.1 论文工作总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
致谢



本文编号：3972282