本文關(guān)鍵詞：一種載人球形載具的設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會科技的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,出現(xiàn)了各種形式的運載器具,以滿足各種新的需求,也給我們的生活帶來了新的變化。運載器具按其與接觸面接觸形式的不同,分為兩類:一類是與接觸面以多點形式接觸的運載器具,如我們常見的兩輪車、三輪車,汽車,火車,輪船等;另一類是與接觸面以單點形式接觸的運載器具。它是一種以球形外殼為獨立運動體,并以滾動為主要運動方式的運載器具,這一類我們簡稱為球形載具,是一種全新概念的、點接觸的運輸工具。因此近十幾年來,球形載具引起了研究人員的關(guān)注,國內(nèi)外越來越多的專家和學(xué)者開始重視球形載具研究與開發(fā)。球形載具按其應(yīng)用特點又可分為兩類:一類是以運動為主,主要是系統(tǒng)自主控制的結(jié)構(gòu)形式,無承載能力要求。它的驅(qū)動裝置封閉在球殼內(nèi),通過無線通訊和智能方式控制球體的運動,故稱其為球形機器人;另一類是具有一定的承載能力,由人在球體內(nèi)直接操控球體運動,使其完成預(yù)定的運動軌跡,此類球形載具就目前國內(nèi)外研究狀況來看,還鮮為少見,我們暫且稱之為載人球形載具。本文通過對國內(nèi)外各種球形載具主要優(yōu)、缺點的分析和總結(jié),找出存在的問題,提出一種載人球形載具的設(shè)計與研究。本文首先通過簡單分析對比了幾種典型的球形載具的結(jié)構(gòu)特點,針對具有穩(wěn)定平臺的、能夠載人的球形載具的特殊要求,提出了幾種設(shè)計方案,通過分析比較它們的優(yōu)缺點,選擇更優(yōu)的方案,進一步提出了整體設(shè)計方案。其次,根據(jù)整體設(shè)計方案,進行了運動特性分析;對主要零部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計;在此基礎(chǔ)上,用UG建立載人球形載具各部件三維模型并進行裝配;在ANSYS Workbench中對重要的零部件進行靜態(tài)分析以及模態(tài)分析,為最終實體模型的加工和安裝調(diào)試提供了可行性的方案論證依據(jù)。最后完成了載人球形載具控制系統(tǒng)及其硬件電路的設(shè)計,并通過在實體模型上的實際應(yīng)用和驗證,基本滿足預(yù)期運動控制功能要求;最終通過1:1的樣機試制、運行試驗對研究結(jié)果予以實際論證。完成實體結(jié)構(gòu)的制造加工。
【關(guān)鍵詞】：球形載具 三維建模 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ANSYS有限元分析 UG
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 國外研究情況10-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究情況12-15
• 1.3 課題研究內(nèi)容與研究方案15
• 1.4 論文主要創(chuàng)新點15-16
• 2 載人球形載具的設(shè)計方案16-22
• 2.1 載人球形載具的設(shè)計方案16-18
• 2.1.1 載人球形載具的方案設(shè)計一16-17
• 2.1.2 載人球形載具的方案設(shè)計二17-18
• 2.1.3 載人球形載具的方案設(shè)計三18
• 2.2 載人球形載具的運動原理18-20
• 2.3 三種設(shè)計方案的比較20
• 2.4 本章小結(jié)20-22
• 3 載人球形載具運動特性分析22-32
• 3.1 運動特性分析22-28
• 3.1.1 運動模型22-24
• 3.1.2 運動控制24-28
• 3.2 載人球形機器人轉(zhuǎn)彎運動特性分析28-29
• 3.3 直線運動特性分析29
• 3.4 機器人爬坡特性分析29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-32
• 4 載人球形載具總體設(shè)計與實體建模32-52
• 4.1 虛擬樣機技術(shù)及其特點32-33
• 4.2 CAD軟件簡介33-34
• 4.3 主要結(jié)構(gòu)及零部件設(shè)計34-41
• 4.3.1 球形外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計和成型方案35-36
• 4.3.2 球殼加工中遇到的實際問題36-37
• 4.3.3 問題的解決方案37
• 4.3.4 該方案的優(yōu)點37-38
• 4.3.5 運動驅(qū)動部分的設(shè)計38
• 4.3.6 轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計38-39
• 4.3.7 關(guān)節(jié)軸承與伸縮吊桿結(jié)構(gòu)設(shè)計39-40
• 4.3.8 軸的設(shè)計40-41
• 4.4 基于Ansys Workbench的載人球形載具動力學(xué)分析41-47
• 4.4.1 有限元軟件簡介41-42
• 4.4.2 球形載具的模型建立42
• 4.4.3 ANSYS/Workbench模型動態(tài)分析42-47
• 4.5 基于Ansys workbench的小車機架動態(tài)分析47-50
• 4.6 本章小結(jié)50-52
• 5 載人球形載具的控制52-66
• 5.1 自適應(yīng)控制52-53
• 5.1.1 自適應(yīng)控制系統(tǒng)的基本特征52
• 5.1.2 自適應(yīng)控制系統(tǒng)的類型52-53
• 5.2 載人球形載具的控制機理53-60
• 5.2.1 運動控制模式54-55
• 5.2.2 主動輪驅(qū)動電機的選擇55-58
• 5.2.3 陀螺儀的設(shè)計58-59
• 5.2.4 系統(tǒng)硬件電路的總體結(jié)構(gòu)59-60
• 5.3 步進電機控制器部分的硬件電路設(shè)計60-63
• 5.3.1 STC89C54微控制器最小系統(tǒng)設(shè)計60-61
• 5.3.2 電源電路設(shè)計61-62
• 5.3.3 電機控制驅(qū)動電路設(shè)計62
• 5.3.4 通信模塊RS-485接口電路設(shè)計62-63
• 5.3.5 輔助電路設(shè)計63
• 5.4 PCB板設(shè)計63-64
• 5.4.1 電子元器件封裝的選擇和制作63-64
• 5.4.2 PCB板制作64
• 5.5 本章小結(jié)64-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 總結(jié)66
• 6.2 展望66-68
• 參考文獻68-72
• 作者攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文清單72-74
• 致謝74

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：一種載人球形載具的設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：309430