階梯攀爬機器人機械系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、在人造環(huán)境中，樓梯對于越障機器人是最特殊、最難跨越的障礙之一。本文通過深入對比分析各種爬樓越障機構(gòu)及其相應(yīng)攀爬對象的特點，針對樓梯臺階地，基于輪式和腿足式機器人的優(yōu)點，設(shè)計了優(yōu)勢相對明顯的變形輪組復(fù)合式結(jié)構(gòu)爬樓越障裝置。該方案兼顧了輪式、腿式、履帶式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，提高了爬樓越障機器人的越障性能和通過性，克服了傳統(tǒng)輪式、腿足式和履帶式運動形式存在的缺陷。此外，本課題的另外兩個創(chuàng)新點是：基于該爬樓越障裝置設(shè)計了一種適合于該機器人的重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2、，提高了機器人的穩(wěn)性；通過電磁離合器使機器人在不同作業(yè)環(huán)境實現(xiàn)兩驅(qū)與四驅(qū)自由切換，降低了機器人的能耗，提高了機器人的越障能力。本論文的研究，為進(jìn)一步研究和設(shè)計結(jié)構(gòu)性能更優(yōu)、控制智能更高的越障機器人搭建了良好平臺。
　　本文以階梯攀爬機器人為研究對象，主要研究內(nèi)容如下：
　　1.本文采用理論分析、計算機仿真和實驗分析相結(jié)合的方法，按照階梯攀爬機器人的設(shè)計要求和作業(yè)環(huán)境要求，完成了階梯攀爬機器人機械系統(tǒng)總體設(shè)計方案，包括機器人本

3、體結(jié)構(gòu)設(shè)計、機器人行走機構(gòu)設(shè)計、機器人驅(qū)動器系統(tǒng)設(shè)計以及基于該機器人機械結(jié)構(gòu)和行走系統(tǒng)，設(shè)計了一種適合于該機器人的微調(diào)式重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
　　2.本文在分析變形輪組復(fù)合式結(jié)構(gòu)工作原理基礎(chǔ)上，對機構(gòu)進(jìn)行了機構(gòu)運動學(xué)分析；通過建立階梯攀爬機器人在爬越樓梯過程中不同時刻的力學(xué)模型，論證了機器人實現(xiàn)任意曲線運動以及攀爬樓梯臺階地等障礙的可行性、穩(wěn)定性以及越障性能，為改善機器人工作的穩(wěn)定性提供了依據(jù)。階梯攀爬機器人的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計主要根據(jù)機器人

4、的運動參數(shù)和所需的驅(qū)動扭矩，對電機、電磁離合器和舵機等驅(qū)動器元件進(jìn)行選型。
　　3.引入虛擬樣機技術(shù)，通過 Pro/E進(jìn)行三維建模，然后通過無縫接口MECHANISM/Pro導(dǎo)入機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件 ADAMS進(jìn)行運動仿真，得到了機器人爬越多級樓梯過程中車體傾角的變化規(guī)律和前后輪組功率的變化情況，通過分析找到了影響其波動的因素，并提出了改善意見。通過虛擬樣機仿真分析，為下一步制作試驗樣機節(jié)約了成本。
　　4.根據(jù)階梯攀爬機