轮撬式越障机器人设计与分析

摘要

随着人类在非规整地形的活动越来越多，再加上消防排爆、探险救援、核工业等众多领域对越障机器人需求越来越紧迫。因此，迫切需要能够在非规整地形中来去自如的越障机器人来完成特定的任务。在这样的环境及其应用的驱动下，结合非规整地形的特征以及工作者的研究，提出了一种轮撬式越障机构。该机器人使用轮子作为行走机构、使用越障连杆来进行越障。它采用对称结构设计，具有如下优点:在规整地形中的运动速度和轮式的运动速度相当，在非规整地形中具有较强的越障能力，越障模式的切换无需人为干涉。
　　 本文以分析机器人的运动学作为论文开始，运动学分析部分建立了坐标系描述了机器人在其中的位姿;建立了机器人在坐标系中的正运动学和逆运动学模型;揭示了轮子的运动速度与机器人重心移动速度之间的关系。然后又对单个轮子进行了受力分析，得出了驱动轮的动力学模型;进而对整个机器人建立了动力学模型。紧接着介绍了轮撬式越障机器人在规整地形和非规整地形的运动原理并对非规整地形越障进行了分析;分析了机器人的爬坡能力并介绍了另外两种越障方式。控制系统部分简要地介绍了控制系统并依次对硬件部分和软件部分进行了详细的描述，硬件部分给出了使用的主要器件，软件部分给出了实现流程图。实验部分对机器人的运动性能包括前进后退、转弯进行了验证与分析，然后分析了机器人的越障性能，给出了机器人尺寸和各主要因素对其越障能力等关键性能的影响。
　　 通过本文的研究与分析，轮撬式越障机构是一种既能在规整地形高效地行走又适合在非规整地形上运动的机构，而且它具有越障过程中无需人为干涉的优点。它具有极高的机动性与越障能力，能越过接近3倍半径高度的垂直障碍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 机器人概况

1．3 越障机器人国内外研究现状

1．3．1 国外越障机器人发展现状

1．3．2 国内越障机器人发展现状

1．4 本文研究主要内容

1．5 论文的组织结构

第2章 运动学与动力学分析

2．1 引言

2．2 机械结构设计

2．3 运动学分析

2．3．1 机器人正运动学

2．3．2 机器人逆运动学

2．4 动力学分析

2．4．1 单轮受力分析

2．4．2 整体动力学分析

2．5 本章小结

第3章 运动原理与越障分析

3．1 引言

3．2 规整地形运动原理

3．3 非规整地形运动原理与越障分析

3．4 爬坡能力分析

3．5 其它越障模式

3．6 本章小节

第4章 控制系统设计

4．1 引言

4．2 控制系统总体设计

4．3 控制系统硬件设计

4．4 软件设计

4．5 本章小结

第5章 实验与越障能力分析

5．1 引言

5．2 运动及控制实验与分析

5．2．1 运动实验与分析

5．2．2 控制实验与分析

5．3 越障能力分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的课题和发表的论文