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基于虚拟样机技术的移动机器人越障性能研究

作　者: 田娟
导　师: 汪建新; 薄少军
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 移动机器人 虚拟样机 动力学 越障
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本论文首先对移动机器人的分类进行了简单介绍，分别指出了轮式（单轮式、双轮式、四轮式）、腿式、复合式（轮腿复合式、轮腿履复合式）等各种不同构型的移动机器人的优缺点，进而介绍了各种移动机器人在国内外的发展状况、研究成果以及应用前景；较系统地对虚拟样机技术的概念，以及其在产品开发中的优越性进行了阐述，并对虚拟样机应用软件中的ADAMS进行了详细的分析介绍，说明了它在机械系统动力学仿真技术中的广泛应用能力。然后完成了移动机器人的总体方案设计和机械本体设计。通过分析、比较国内外各种移动机器人的移动方案，本论文提出了一种轮腿结合、独立驱动的移动机构方案。该机器人结构设计系统能够满足预期的设计要求，并初步实现了预期所要具备的功能。可应用于室内结构环境和室外非结构环境中，如侦察、探测、反恐、排爆等危险作业。通过UG三维建模软件对该机器人进行三维实体结构建模，运用虚拟样机软件ADAMS，采用牛顿欧拉法，对处于几种典型路况下的移动机器人建立了动力学模型。针对抽象出的含有特殊障碍的不同地形，对机器人平地行走、爬坡、跨沟、翻越凸台等越障运动进行了仿真，并分别进行了机器人爬坡、越沟等多种障碍路况的仿真试验。通过对机器人越障能力与驱动力的数据分析对比，找到二者之间的关系；通过对机器人主要运行状态和运动稳定性的分析，找到了机器人爬坡时的最佳运动模式；通过分析机器人在其他障碍路况的运行情况，说明该轮腿复合式移动机器人具有一定的越障能力，从而验证了该机器人的结构设计满足课题要求的设计目标，能够实现预期的基本越障功能，同时也为进一步分析机器人在其他不同路况运动的动态特性提供了理论依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
引言  9-10
1 绪论  10-21
  1.1 课题研究背景  10-14
  1.2 课题研究的目的和意义  14
  1.3 国内外移动机器人的发展现状  14-18
    1.3.1 国内移动机器人的发展现状  14-16
    1.3.2 国外移动机器人的发展现状  16-18
  1.4 本课题的主要研究工作  18-19
  1.5 移动机器人研究的关键技术  19
  1.6 课题研究的关键技术  19-21
2 虚拟样机技术以及 ADAMS 动力学建模理论  21-39
  2.1 虚拟样机技术  21-24
    2.1.1 虚拟样机技术简介  21-22
    2.1.2 ADAMS 虚拟样机技术软件简介  22-24
  2.2 机械系统多体系统动力学的建模理论  24-26
    2.2.1 机械系统的多体动力学模型  25
    2.2.2 多刚体系统动力学的基本概念  25-26
  2.3 ADAMS 动力学建模  26-35
    2.3.1 ADAMS 软件的多刚体运动学方程  27-28
    2.3.2 ADAMS 软件的多刚体动力学方程  28-31
    2.3.3 ADAMS 软件的多刚体运动学方程求解算法  31-32
    2.3.4 初始条件分析  32-34
    2.3.5 ADAMS 多刚体动力学方程的求解  34-35
  2.4 ADAMS 中的多刚体算法  35-37
    2.4.1 ADAMS 数值计算的数据流程  35-36
    2.4.2 ADAMS 中 DAE 方程的求解算法  36-37
  2.5 本章小结  37-39
3 移动机器人机构的总体设计  39-51
  3.1 设计概述  39-43
    3.1.1 移动机器人机构的功能分析和设计要求  39-40
    3.1.2 移动机器人的新构型及其设计理论  40-41
    3.1.3 移动机器人的主要设计过程  41-43
  3.2 机器人移动机构总体设计方案  43-46
    3.2.1 移动机器人的整体结构  43
    3.2.2 移动机器人的车体结构设计  43-44
    3.2.3 移动机器人的轮式结构  44-46
    3.2.4 摆臂（腿式结构）  46
  3.3 移动机器人的驱动系统  46-50
    3.3.1 驱动器的分类及其选择  47
    3.3.2 轮式驱动电机的功率确定  47-50
  3.4 本章小结  50-51
4 移动机器人越障能力的仿真分析  51-64
  4.1 斜坡路面的仿真分析  51-56
    4.1.1 不同运动模式的爬坡运动仿真分析  52-54
    4.1.2 驱动力大小对机器人爬坡稳定性的影响  54-56
  4.2 移动机器人跨沟能力的仿真分析  56-59
  4.3 移动机器人翻越凸台的仿真分析  59-62
  4.4 自复位功能的仿真分析  62-63
  4.5 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
在学期间研究成果  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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