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自主越障关节履带机器人机械系统研究

作　者: 于海涛
导　师: 毛立民
学　校: 东华大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 自主越障移动机器人关节履带机构设计运动学仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

目前,移动机器人在多个领域得到了越来越广泛的应用,而机械系统作为移动机器人的基础,其性能的优劣直接决定了整个移动机器人性能的好坏,因此设计出高性能的机械系统是移动机器人发展的必然要求。现有几种比较典型的非结构环境移动机器人虽然各有特色,但在越障性能及姿态调整能力方面尚有许多有待改进之处。论文结合现有机器人结构形式的优点,优化设计了一种新型的关节履带加履带足的复合式机器人行走机构,改变了原有关节履带机器人的越障原理和越障方法,显著改善了现有关节履带机器人的越障机动性和自主性,提高了机器人的越障性能；机器人四条摆腿采用独立驱动,实现机器人机体的自主姿态调整功能,能够更好的适应各种复杂的地形环境,完成特定的工作论文对机器人进行了机构学分析计算,得出了机器人在各种情况下的越障极限高度,并对关节履带移动机器人进行动力学建模,完善了关节履带机器人的理论体系。运用多体动力学分析的方法对关节履带机器人进行运动学仿真分析,通过三维实体设计工具对机器人进行实体建模设计；并对机器人的运动控制策略及姿态调整策略进行了初步探讨；对机器人加工装配过程中遇到的状况进行了分析。论文对国内外现有机器人移动技术作了较深入的调研分析论证。对机器人越障、爬坡、姿态调整作了系统全面的理论分析,并利用多体动力学仿真分析的方法分析机器人的移动性能。文章重点对机器人机械系统进行了结构设计,并对原有“并联型关节履带机器人”进行了优化设计,改进了机器人的传动系统,实现了重量减轻30%、越障及姿态调整性能提高的设计目标。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-24
  1.1 引言  11
  1.2 移动机器人研究现状  11-21
    1.2.1 轮式移动机器人  12-15
    1.2.2 腿式行走机器人  15-17
    1.2.3 履带式行走机构  17-19
    1.2.4 复合式行走机构  19-20
    1.2.5 小结  20-21
  1.3 课题研究的背景及来源  21-22
  1.4 课题研究的内容  22
  1.5 课题的创新点  22-23
  1.6 本章小结  23-24
第二章机器人机械系统总体设计  24-30
  2.1 引言  24
  2.2 机器人功能要求  24-25
  2.3 机器人性能指标  25
  2.4 机器人的结构组成  25-29
    2.4.1 机器人本体  25-26
    2.4.2 移动机构  26-27
    2.4.3 姿态调整机构  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章机器人机械系统相关理论分析  30-49
  3.1 引言  30
  3.2 机器人移动性能分析  30-32
    3.2.1 典型工作地形环境  30
    3.2.2 典型地形下的移动阻力  30-32
  3.3 机器人越障能力分析  32-44
    3.3.1 越障初始状态受力状况  33-34
    3.3.2 前履带足越障状态  34-36
    3.3.3 后履带足越障状态  36-37
    3.3.4 越障极限分析  37-38
    3.3.5 倾覆极限高度分析  38-44
  3.4 与四履带足比较  44-46
  3.5 姿态调整的动力学建模  46-48
  3.6 本章小结  48-49
第四章机器人性能的运动学仿真  49-60
  4.1 引言  49
  4.2 RecurDyn软件简介  49-51
  4.3 仿真建模  51-57
    4.3.1 RecurDyn中履带系统建模原理  51-53
    4.3.2 仿真模型的建立  53-57
  4.4 仿真结果  57-59
    4.4.1 爬坡运动仿真  57-58
    4.4.2 越障运动仿真  58-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章机器人机械系统设计  60-79
  5.1 引言  60
  5.2 现有实验样机存在的问题  60-63
    5.2.1 整机重量过大  61
    5.2.2 空间利用率低  61-62
    5.2.3 系统误差大  62
    5.2.4 测试中发现的问题  62-63
  5.3 机器人整体布局及结构参数  63-67
    5.3.1 机器人的整体结构  64-65
    5.3.2 机器人的结构参数  65-67
  5.4 机器人的机体结构设计  67-69
  5.5 机器人行走机构的设计  69-71
  5.6 姿态调整机构设计  71-72
  5.7 驱动系统设计  72-78
    5.7.1 行走电机的计算与选取  72-75
    5.7.2 摆臂电机的计算与选取  75-76
    5.7.3 传动系统的设计  76-78
  5.8 本章小结  78-79
第六章控制策略初步探讨及样机的加工测试  79-86
  6.1 引言  79
  6.2 控制系统概述  79-82
    6.2.1 控制系统总体  79-80
    6.2.2 控制系统硬件组成  80-81
    6.2.3 传感器检测系统  81
    6.2.4 控制系统软件设计  81-82
    6.2.5 遥操作控制  82
  6.3 机器人样机的加工  82-84
  6.4 样机性能测试  84-85
  6.5 本章小结  85-86
第七章总结与展望  86-89
  7.1 引言  86
  7.2 本课题的主要研究成果  86-87
  7.3 未来工作展望  87-88
  7.4 本章小结  88-89
参考文献  89-92
攻读硕士学位期间发表的学术论文  92-93
致谢  93

自主越障关节履带机器人机械系统研究

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