本文關鍵詞：便攜式可變形履帶式機器人的機構設計與運動研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《沈陽工業(yè)大學》 2015年

便攜式可變形履帶式機器人的機構設計與運動研究

項宏偉  

【摘要】：近年來頻頻發(fā)生的各種災難造成巨大的人員傷亡和財產損失，，其中有人為的恐怖事件，也有大的自然災害。在各種災難后的快速、有效、安全地搜救受傷人員成為救援的第一任務。目前用于搶險救災的搜救設備通常包括空中的情況調查裝置和能夠進入災后現場的搜救裝置。無人或有人駕駛的直升機能夠完成前一項任務；而對于現場搜救裝置，由于災后環(huán)境非常復雜，還需要在環(huán)境適應性、移動性等方面加以突破。為解決該問題，本論文對便攜式可變形多履帶式移動機器人的機構及其運動特性做了詳細研究。 首先，進行了一種變形雙履帶式移動機器人（Transformable Double-Tracked MobileRobot簡稱TDMR）研究，該機器人采用自適應機構，自適應機構由一組行星輪系及四邊形機構組成，使機器人能夠適應地面形狀，可以同時完成跨越障礙物及攀爬樓梯的作用。采用四邊形機構，使機器人可根據地面形狀適應地形，行星輪系能夠根據履帶受力情況實現四邊形的變形或履帶驅動動作，從而自主適應地形。為保證運動過程的可靠性，TDMR機器人研究了變形復位、限位機構設計，并采用尾輪機構，減小TDMR機器人在越障過程的沖擊。根據對TDMR機器人結構的研究，研制了樣機，開展了實驗驗證。在實驗中發(fā)現，TDMR機器人體積過大，運動不靈活，越障沖擊力較大等不足。因此，提出對機器人進行結構改進，以更好的適應復雜災難環(huán)境。 其次，開展了基于平行四邊形變形機構的可變形多履帶式移動機器人（Super TrackedMobile Robot簡稱STMR）結構和運動模式研究。STMR機器人的主體是由兩個呈對稱分布的平行四邊形結構組成。平行四邊形的一個邊為車體，其它三條邊為履帶機構，履帶機構通過連接軸同步驅動。通過四邊形的變形運動和履帶驅動相結合，使STMR機器人可實現輪式運動、腿式運動和履帶式運動三種運動模式，實現機器人能夠在復雜環(huán)境下運動。對STMR機器人靜止和勻速運動時的受力狀況進行了分析。建立了數學模型，推導了STMR機器人質心方程，分析了STMR機器人的運動穩(wěn)定性，并優(yōu)化了STMR機器人的結構參數。分別分析了輪式運動模式和主履帶運動模式下，靜止狀態(tài)和勻速運動狀態(tài)的受力情況，推導出其處于最佳運動姿態(tài)時的擺臂轉角方程。 再次，對STMR機器人越障的類型進行了分析，并圍繞典型障礙-臺階開展了研究。對跨越臺階過程的動作進行了詳細的分析與規(guī)劃，研究和分析了STMR機器人在越障過程中整體質心位置與擺臂角的變化規(guī)律；為保證STMR機器人在跨越臺階的過程中的運動穩(wěn)定，對STMR機器人的運動姿態(tài)進行了優(yōu)化分析，在控制擺角的同時實現了STMR機器人的平穩(wěn)運動。應用牛頓歐拉方法建立STMR機器人的動力學模型，對跨越臺階的幾個階段分別作了動力學分析，結合運動學方程，得出了STMR機器人跨越臺階過程中的驅動力矩方程，并分析了其運動穩(wěn)定性。對STMR機器人的運動做了仿真分析，獲得了STMR機器人驅動力矩的變化規(guī)律。 最后，開發(fā)了STMR機器人的控制系統，研制了STMR機器人實驗平臺，并對其運動進行了動作規(guī)劃的正確性和姿態(tài)優(yōu)化的有效性的實驗驗證。實驗結果表明， STMR機器人具有良好的越障性能和運動穩(wěn)定性，并且其運動形式多樣，變形靈活，能夠適應復雜環(huán)境。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

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本文編號：171496