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多姿态便携式履带机器人设计与分析

作　者: 肖俊君
导　师: 尚建忠
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 小型机器人运动性能复合移动机构模块化设计虚拟仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 639次
引　用: 4次
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内容摘要

多姿态便携式履带机器人是一种可携带、以履带方式行进的小型机器人平台，它集成了机械工程、电子技术、智能控制、计算机科学等多学科领域先进研究成果，在军事领域可用于战场侦察、破障、目标指示与跟踪，进入核、生化污染区执行战斗任务、信号中续，或者直接对敌实施精确打击等；在公共安全领域可用于安全监视、防爆、反恐、救援、抢险、救灾、以及充当智能运输工具等。本论文研究工作的目的是设计结构新颖、具有独创性的可携带、抗冲击智能履带移动机器人。该机器人采用模块化设计，便于拆卸维修，可以分段自适应复杂路面，并可主动控制两侧翼板模块的转动来调节机器人姿态变化，辅助爬坡、越障和跨沟；机器人经过合理的结构布局和设计后具有良好的环境适应能力、机动能力并能抵抗一定高度的掉落冲击。本论文从机器人运动原理、运动性能、运动机构、抗摔结构等几个方面展开研究，并结合现代机械设计理论、最优化方法、新材料及新工艺等技术对机器人进行了详细的工程设计。机器人的设计过程是，先利用三维建模软件建立机器人的参数化模型，围绕着该参数化模型使用多体动力学软件和有限元软件对其运动特性和抗冲击性能进行仿真分析，将分析结果与评价指标相对比，以比较结果作为依据，对机器人柔性结构布局、关键零部件的结构刚度进行二次设计，最终机器人通过了虚拟仿真试验。仿真结果显示，机器人越野能力良好，越障高度0.5米(相当于机器人外形长度尺寸)、跨沟宽度0.4米，并能承受3米高的掉落冲击。机器人的各项评测指标均达到要求，甚至某些指标高出了评测标准。论文最后就机器人设计方案提出了进一步改进和完善意见。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题来源、研究背景及意义  8-9
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 课题研究背景  8
    1.1.3 研究意义  8-9
  1.2 国内外研究概况  9-15
    1.2.1 国外研究现状  9-12
    1.2.2 国内研究概况  12-14
    1.2.3 发展趋势  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第二章便携式履带机器人移动机构方案设计  17-25
  2.1 典型移动机构分析  17-19
  2.2 便携式履带机器人移动机构  19-22
    2.2.1 机器人运动原理  20
    2.2.2 机器人运动态分析  20-21
    2.2.3 机器人翻身、复位  21
    2.3.4 机器人自适应路面  21-22
  2.3 便携式履带机器人性能指标分析与设计  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章便携式履带机器人运动分析与仿真  25-41
  3.1 机器人运动学建模  25-27
  3.2 机器人的抗倾覆性  27
  3.3 机器人爬坡性能  27-32
    3.3.1 机器人爬坡性能理论分析  27-29
    3.3.2 机器人爬坡性能数值计算  29-30
    3.3.3 机器人爬坡性能仿真分析  30-32
  3.4 机器人越障性能  32-36
    3.4.1 机器人越障性能理论分析  32-35
    3.4.2 机器人越障性能数值计算  35
    3.4.3 机器人越障性能仿真分析  35-36
  3.5 机器人跨沟性能  36-39
    3.5.1 机器人跨沟性能理论分析  37-38
    3.5.2 机器人跨沟性能数值计算  38
    3.5.3 机器人跨沟性能仿真分析  38-39
  3.6 机器人上下台阶  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第四章机器人移动系统设计  41-48
  4.1 总体结构设计  41-43
    4.1.1 机器人模块化设计  42
    4.1.2 机器人履带张紧和支撑结构  42-43
  4.2 传动系统设计  43-46
    4.2.1 机器人翼板单元传动系统设计  43-44
    4.2.2 机器人主体传动系统设计  44-45
    4.2.3 主驱动电机消力结构  45
    4.2.4 机器人移动系统控制方案  45-46
  4.3 机器人驱动功率选择  46-47
    4.3.1 机器人行驶阻力计算  46
    4.3.2 机器人驱动功率确定与电机选择  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章便携式履带机器人抗冲击结构设计与分析  48-60
  5.1 机器人的抗冲击结构  48-52
    5.1.1 机器人柔性缓冲结构  48-49
    5.1.2 机器人刚性结构  49-50
    5.1.3 胎式弹性联轴器对翼板转动性能影响  50-52
  5.2 机器人的抗冲击性仿真分析  52-59
    5.2.1 机器人抗冲击仿真方法  52-53
    5.2.2 碰撞仿真试验环境  53-54
    5.2.3 基于ADAMS软件的碰撞仿真试验  54-56
    5.2.4 基于ANSYS软件的前、后翼板有限元分析  56-59
  5.3 本章小结  59-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 主要创新点  60
  6.2 总结  60-61
  6.3 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录一攻读学位期间发表的论文  66

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