本文關(guān)鍵詞：布設(shè)式機器人抗過載機構(gòu)及差異化的人機交互研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：地震等嚴重自然災(zāi)害、化學(xué)污染事故、反恐與戰(zhàn)場等未知和高危領(lǐng)域，情況復(fù)雜，人員和檢測設(shè)備難以快速介入。針對上述領(lǐng)域快速探測需求，研究可配備必需傳感器的微小型布設(shè)式機器人，可采用飛機、榴彈發(fā)射器、發(fā)射機構(gòu)或者手拋等多種布設(shè)方式在目標區(qū)域?qū)C器人進行快速布設(shè)，通過對機器人群體人機交互控制與監(jiān)督實現(xiàn)目標區(qū)域多種信息的采集與傳遞，為決策提供第一手資料。因此，本論文結(jié)合國家科技支撐計劃課題，提出了多模式布設(shè)機器人探測系統(tǒng)，并針對布設(shè)式機器人抗沖擊過載問題、機器人遠距離快速布設(shè)問題以及差異化的人機交互設(shè)計等問題，重點研究了基于動力學(xué)仿真分析和優(yōu)化的布設(shè)式機器人仿生抗過載機構(gòu)、機器人的快速布設(shè)方法和裝置、基于指向運動的人機界面交互理論以及差異化的人機交互界面的設(shè)計方法等。 首先，綜合分析了多模式布設(shè)機器人探測系統(tǒng)需求背景，介紹了多模式布設(shè)機器人探測系統(tǒng)的內(nèi)涵、布設(shè)式機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、布設(shè)式機器人面臨的問題和挑戰(zhàn)、本論文的主要研究內(nèi)容和組織框架等。 其次，，針對布設(shè)式機器人遠程快速部署問題，提出了適合于機器人低空快速布設(shè)的研究方法，并設(shè)計了布設(shè)式機器人快速拋撒裝置和機器人緩沖裝置。快速拋撒裝置采用慣性動能拋撒與機械力分離拋射技術(shù)相結(jié)合的模塊化拋撒器，對飛機和被拋撒部分附加沖擊較小，并能實現(xiàn)機器人的定時拋撒，均勻布設(shè)。另外，針對機器人高空落地沖擊過載問題，研究空中落地緩沖的方法，并設(shè)計了機器人落地抗過載機構(gòu)，采用機器人落地抗過載機構(gòu)與降落傘組件相結(jié)合方法來減少地面對機器人的沖擊作用，并能夠?qū)崿F(xiàn)機器人與降落組件的自動分離。 第三，針對布設(shè)式機器人在拋投方式布設(shè)時面臨的高劑量沖擊過載以及沖擊傳導(dǎo)問題，研究了機器人沖擊隔離技術(shù)，通過分析和研究蜂窩結(jié)構(gòu)仿生機理，設(shè)計了具有軸向和徑向全方位緩沖能力的仿生全向抗過載車輪；通過分析和研究人體小腿骨變截面高承載仿生機理，設(shè)計了仿生本體結(jié)構(gòu)；設(shè)計了具有全向抗過載能力的軸向獨立、徑向相關(guān)式柔性傳動機構(gòu)以提高機器人傳動軸系沖擊過載能力。針對兩輪式圓柱型構(gòu)型機器人機體相對于車輪反轉(zhuǎn)的問題，提出對稱位置機械式自平衡方法，并據(jù)此設(shè)計了機器人姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，實現(xiàn)了機器人落地姿態(tài)調(diào)整和行進過程中功能姿態(tài)的保持。 第四，針對布設(shè)式機器人典型的作業(yè)環(huán)境，基于ANSYS/LS-DYNA有限元動力學(xué)仿真分析方法，完成了機器人在大理石路面、水泥地面、瀝青砂石路面和土質(zhì)地面四種典型作業(yè)環(huán)境的動力學(xué)仿真分析，對機器人抗過載機構(gòu)和機器人整體抗沖擊能力進行性能評估，并提出了進一步改進機器人抗過載結(jié)構(gòu)的思路和方法。 第五，根據(jù)布設(shè)式機器人部署后探測的需求，設(shè)計了機器人監(jiān)督系統(tǒng)。針對差異化的人機交互設(shè)計問題，重點研究了面向不同年齡用戶人機交互設(shè)計的行為學(xué)理論基礎(chǔ)，即人的指向運動的加齡效果。研究結(jié)果表明，老年人在視覺反饋受限與不受限條件下的指向運動都遵循費茨法則，為差異化的人機界面交互設(shè)計提供了必要的理論依據(jù)，并據(jù)此提出了面向老年人和青年人的人機交互界面差異化的設(shè)計方法以提高人機交互效率。 最后，設(shè)計了布設(shè)式機器人原理樣機，并通過四種典型地面沖擊過載實驗以及機器人作業(yè)能力實驗驗證機器人抗過載機構(gòu)的有效性和可靠性；設(shè)計了布設(shè)式機器人快速拋撒裝置和機器人緩沖裝置原理樣機，并通過實驗對上述樣機進行了驗證。
【關(guān)鍵詞】：布設(shè)式機器人 多模式布設(shè) 快速拋撒裝置 機器人落地緩沖 仿生抗過載機構(gòu) 人機交互 指向運動
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 研究背景和意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-25
• 1.3 面臨的問題與挑戰(zhàn)25-26
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容和組織框架26-28
• 第2章 布設(shè)式機器人快速拋撒與緩沖裝置研究28-40
• 2.1 布設(shè)式機器人快速拋撒裝置研究30-34
• 2.1.1 拋撒動力研究方法30-31
• 2.1.2 拋撒器開艙方式研究方法31
• 2.1.3 快速拋撒裝置設(shè)計31-34
• 2.2 布設(shè)式機器人落地緩沖裝置研究34-39
• 2.2.1 減速與落地緩沖技術(shù)研究方法34-37
• 2.2.2 機器人緩沖裝置設(shè)計37-39
• 2.3 本章小結(jié)39-40
• 第3章 布設(shè)式機器人抗過載機構(gòu)研究40-62
• 3.1 相關(guān)背景及要求40-41
• 3.2 沖擊隔離的基本原理41-44
• 3.2.1 抗沖擊的一般方法41
• 3.2.2 沖擊隔離的基本原理41-44
• 3.3 機器人抗過載機構(gòu)研究44-61
• 3.3.1 機器人抗過載機構(gòu)總體設(shè)計44-45
• 3.3.2 仿生全向抗過載車輪設(shè)計45-52
• 3.3.3 仿生抗過載本體結(jié)構(gòu)設(shè)計52-56
• 3.3.4 具有全向抗過載能力的軸向獨立、徑向相關(guān)式柔性傳動機構(gòu)設(shè)計56-58
• 3.3.5 機器人姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)58-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第4章 布設(shè)式機器人有限元動力學(xué)仿真分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化62-94
• 4.1 仿生抗過載機構(gòu)有限元建模62-69
• 4.1.1 仿生全向抗過載車輪有限元建模63-67
• 4.1.2 仿生本體有限元建模67-68
• 4.1.3 傳動軸機構(gòu)有限元建模68
• 4.1.4 布設(shè)式機器人整體有限元建模68-69
• 4.2 布設(shè)式機器人動力學(xué)仿真分析69-92
• 4.2.1 機器人的抗過載性能評價準則69-71
• 4.2.2 環(huán)境因素對沖擊的影響71-82
• 4.2.3 機器人典型作業(yè)環(huán)境沖擊仿真分析82-92
• 4.3 本章小結(jié)92-94
• 第5章 機器人監(jiān)督系統(tǒng)設(shè)計與差異化的人機交互研究94-110
• 5.1 布設(shè)式機器人監(jiān)督系統(tǒng)95-97
• 5.2 差異化的人機交互研究97-109
• 5.2.1 研究方法99-101
• 5.2.2 運動時間與線性關(guān)系分析101-103
• 5.2.3 正確率的加齡效果103-104
• 5.2.5 費茨法則的適用性104-106
• 5.2.6 正確率和運動時間的加齡效果106
• 5.2.7 差別化的人機界面交互設(shè)計方法106-109
• 5.3 本章小結(jié)109-110
• 第6章 實驗驗證110-124
• 6.1 布設(shè)式機器人實驗驗證110-119
• 6.1.1 機器人物理參數(shù)和基本性能參數(shù)110-111
• 6.1.2 機器人基本運動實驗111-112
• 6.1.3 機器人場景實驗112-114
• 6.1.4 機器人姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)驗證114-115
• 6.1.5 機器人抗沖擊實驗115-118
• 6.1.6 機器人自主運動實驗驗證118-119
• 6.2 機器人快速拋撒裝置實驗119-122
• 6.2.1 快速拋撒裝置連續(xù)拋撒布設(shè)實驗119-120
• 6.2.2 投放艙拋撒實驗120-122
• 6.3 機器人落地抗過載機構(gòu)實驗驗證122-123
• 6.4 本章小結(jié)123-124
• 結(jié)論124-126
• 主要研究成果124-125
• 創(chuàng)新點125
• 工作展望125-126
• 參考文獻126-136
• 附錄1：攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單136-138
• 發(fā)表論文136-137
• 發(fā)明137-138
• 附錄2：攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項目138-139
• 致謝139-140
• 作者簡介140

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張治國,鄭明軍,謝基龍;彈性車輪瞬態(tài)動力響應(yīng)的有限元仿真方法研究[J];北方交通大學(xué)學(xué)報;2003年01期

2 王浩,梁世超,邵志堅;中心管炸開式子母彈子彈拋撒模型及其計算[J];兵工學(xué)報;1998年04期

3 王浩;子母彈內(nèi)燃式氣囊拋撒模型及計算機仿真[J];兵工學(xué)報;2001年02期

4 徐文旭;張靖;齊占元;鄭友祥;;子母彈拋撒內(nèi)彈道建模及仿真[J];兵工學(xué)報;2006年05期

5 盧子興;趙亞斌;;一種有負泊松比效應(yīng)的二維多胞材料力學(xué)模型[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2006年05期

6 盧子興，田常津，韓銘寶，謝若澤，王仁;聚氨酯泡沫塑料在應(yīng)力波加載下的壓縮力學(xué)性能研究[J];爆炸與沖擊;1995年04期

7 吳曉莉,張河;高沖擊下電子線路灌封材料的緩沖機理及措施研究[J];包裝工程;2004年01期

8 陳斌;生物復(fù)合材料的細觀結(jié)構(gòu)和仿生復(fù)合材料的研究[J];材料導(dǎo)報;1998年05期

9 張本;陸軍;;子母彈拋撒技術(shù)綜述[J];四川兵工學(xué)報;2006年03期

10 王靜梅,姚松年;生物材料及其仿生學(xué)的研究進展與展望[J];材料研究學(xué)報;2000年04期

  本文關(guān)鍵詞：布設(shè)式機器人抗過載機構(gòu)及差異化的人機交互研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：272683