當(dāng)前,在特殊、高危場景中使用特種機(jī)器人替代人工完成相應(yīng)任務(wù)已經(jīng)成為一種主流趨勢,特種機(jī)器人能有效降低這些場景的人員傷亡。安防、偵查及反恐機(jī)器人作為特種移動機(jī)器人中重要的部分,吸引了越來越多的專家學(xué)者投入該領(lǐng)域的研究。本文提出了一種應(yīng)用于安防、偵查、反恐領(lǐng)域且能適應(yīng)多種地形的輪式全向移動射擊機(jī)器人設(shè)計(jì)方案,并圍繞機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)展開運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析,最后通過仿真與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性能,結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)機(jī)器人滿足性能要求。針對機(jī)器人的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,本文展開了一系列研究分析,具體包括:(1)整體方案研究:依據(jù)設(shè)計(jì)要求,提出多種方案對比分析,確定了撥盤與摩擦輪組合的發(fā)射方案,二自由度云臺方案以及縱臂式獨(dú)立懸掛的四輪底盤構(gòu)型。(2)機(jī)械系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì):對發(fā)射機(jī)構(gòu)的供彈流暢性問題進(jìn)行了多工況的靜力學(xué)分析,優(yōu)化供彈結(jié)構(gòu),保證了機(jī)器人最大發(fā)射頻率(20Hz);基于電機(jī)響應(yīng)特性,建立云臺響應(yīng)-傳動比數(shù)學(xué)分析模型,并通過matlab仿真分析得出pitch軸的最佳傳動比;建立機(jī)器人懸掛系統(tǒng)的振動模型,計(jì)算得出懸掛系統(tǒng)的勁度系數(shù)與阻尼系數(shù);對承重部件進(jìn)行有限元分析與優(yōu)化,同時(shí),對機(jī)器人動力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與選型,對機(jī)器人整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。(3)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析:利用矩陣轉(zhuǎn)換法,推導(dǎo)求得機(jī)器人底盤、云臺及整體的運(yùn)動學(xué)模型,為運(yùn)動控制奠定基礎(chǔ);基于達(dá)朗貝爾原理,分析了機(jī)器人越障的動力學(xué)過程,建立了四輪縱臂式獨(dú)立懸掛機(jī)器人的越障動力學(xué)模型,為機(jī)器人越障分析提供理論依據(jù);分析了該移動機(jī)器人模型的發(fā)射過程,根據(jù)彈丸加速前存在速度波動的情況,基于赫茲接觸理論,確定最佳摩擦輪中心距,優(yōu)化了彈丸落點(diǎn)重復(fù)性,即發(fā)射模塊射擊穩(wěn)定性。(4)仿真分析與物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn):通過虛擬樣機(jī)仿真驗(yàn)證機(jī)器人運(yùn)動性能以及越障性能;通過物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)器人射擊性能,運(yùn)動性能以及越障性能。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,上文分析建立的模型正確,且所設(shè)計(jì)機(jī)器人各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 特種移動機(jī)器人的國外研究現(xiàn)狀1953 年， 隨著美國 Basrrett 公司對一輛帶兜拖拉機(jī)的改造成功，世界上臺移動平臺面世，自此開啟了對于移動機(jī)器人的研究。 60 年代初，斯坦福院(SRI)的 NilsNilssen 和 CharlesRosen 等人研發(fā)的移動平臺 Shakey（如圖示），再次成為了世界首臺智能移動機(jī)器人。而在 60 年代末的越南戰(zhàn)爭中，已開始在戰(zhàn)場上使用機(jī)器人運(yùn)送物資。全方位移動機(jī)器人這一概念最早于1973年由瑞典Mecanum公司工程師出，美國海軍隨即在 80 年購買了該專利并于 86 年與卡耐基梅隆大學(xué)（CM器人研究所合作開發(fā)了一款名為“Uranus”的全方位移動平臺（如圖 1.2 所示進(jìn)行了一些車輪打滑、系統(tǒng)控制等方面的研究。同年，美國 Airtrax 公司首啟 Mecanum 輪在機(jī)器人的應(yīng)用，后因其運(yùn)行靈活、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，多對此展開了大量研究。

.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 特種移動機(jī)器人的國外研究現(xiàn)狀1953 年， 隨著美國 Basrrett 公司對一輛帶兜拖拉機(jī)的改造成功，世界上臺移動平臺面世，自此開啟了對于移動機(jī)器人的研究。 60 年代初，斯坦福院(SRI)的 NilsNilssen 和 CharlesRosen 等人研發(fā)的移動平臺 Shakey（如圖示），再次成為了世界首臺智能移動機(jī)器人。而在 60 年代末的越南戰(zhàn)爭中，已開始在戰(zhàn)場上使用機(jī)器人運(yùn)送物資。全方位移動機(jī)器人這一概念最早于1973年由瑞典Mecanum公司工程師出，美國海軍隨即在 80 年購買了該專利并于 86 年與卡耐基梅隆大學(xué)（CM器人研究所合作開發(fā)了一款名為“Uranus”的全方位移動平臺（如圖 1.2 所示進(jìn)行了一些車輪打滑、系統(tǒng)控制等方面的研究。同年，美國 Airtrax 公司首啟 Mecanum 輪在機(jī)器人的應(yīng)用，后因其運(yùn)行靈活、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，多對此展開了大量研究。

圖 1.3 “魔爪”機(jī)器人 圖 1.4 “劍”式機(jī)器人圖 1.5 移動戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人 Pack Bot 圖 1.6 炸彈清除機(jī)器人 Pack Bot510英國早在 19 世紀(jì) 60 年代，就研發(fā)出了“手推車”系列機(jī)器人（如圖 1.7 所示），該系列機(jī)器人由政府部隊(duì)牽頭研制，英國 Morfax 公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)，在早期排爆機(jī)器人中以實(shí)用性聞名，遠(yuǎn)銷多個(gè)國家。后續(xù)推出的“野�！币约啊巴翐苁蟆敝饕窃谠瓉淼幕A(chǔ)上升級了控制系統(tǒng)，使其應(yīng)用范圍再次加大（如圖 1.8 所示）。

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本文編號：2827021