小型排爆机器人移动平台机构设计与运动性能的分析和仿真

摘要

目前，全世界范围内冲突不断，恐怖爆炸事件时常发生，其危险性、复杂性和紧迫性给维和工作带来巨大困难。小型排爆机器人作为一种特种作业机器人，具有全地形适应性，可代替人类深入复杂、危险环境，完成探测、排爆等作业任务，将成为人类反恐排爆工作的有效工具之一。本文提出了一种小型排爆机器人移动平台方案，设计了其行走系统和传动系统，分析了作业过程中的运动学、动力学性能，制作了移动平台实物样机，并结合设计任务，进行了相关性能测试。
　　本文主要研究内容如下:
　　1.分析了小型排爆机器人移动平台设计任务，对比了国内外排爆机器人的典型行走系统方案，提出了一种五自由度的腿履复合式移动平台行走方案。以越过狭窄通道、壕沟、高台、斜坡等常见障碍为目标，建立了移动平台关键尺寸的约束关系，分析了跨越几种常见障碍时的姿态规划问题;
　　2.确定了小型排爆机器人移动平台的传动方案，根据爬坡、转向、翻越垂直障碍等典型工况，分析计算了机器人越障所需驱动力，确定了机器人驱动源选型;分析了移动平台在越障过程中的稳定性，验证了机器人的通过能力;
　　3.基于多体动力学基础理论，利用MSC.ADAMS软件，建立了小型排爆机器人移动平台虚拟样机，并对爬坡、转弯、翻越垂直障碍等典型工况进行了运动学和动力学仿真分析，确定了机器人越障过程中的稳定性及驱动力要求，验证了机器人驱动源选型的可靠性;
　　4.基于ANSYS有限单元法，分析了小型排爆机器人移动平台主体模块框架的刚度及强度要求，并进行了静力学有关分析;在进一步完善机械结构设计的基础上，利用SolidWorks软件建立了移动平台的三维建模;制作了机器人实物样机，并进行了机器人爬坡、转向、翻越垂直障碍等方面的性能测试，达到了预期的设计目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 排爆机器人国内外研究现状

1．2．1 国外研究情况

1．2．2 国内研究情况

1．3 排爆机器人关键技术研究

1．3．1 机器人研究关键技术领域

1．3．2 排爆机器人发展趋势

1．4 本课题研究意义及主要内容

第二章 小型排爆机器人移动平台总体设计与运动姿态分析

2．1 机器人行走系统总体方案设计

2．1．1 机器人行走系统设计任务分析

2．1．2 典型行走方案对比

2．1．3 机器人行走系统总体方案设计

2．2 机器人行走方案性能分析

2．2．1 典型障碍下机器人尺寸参数设计

2．2．2 典型障碍下机器人运动姿态分析

2．3 本章小结

第三章 小型排爆机器人移动平台传动系统设计与越障性能分析

3．1 机器人移动平台传动系统总体方案设计

3．2 机器人爬坡性能分析

3．2．1 机器人爬坡驱动力分析

3．2．2 机器人爬坡静态稳定性分析

3．3 机器人转向性能分析

3．3．1 机器人转向驱动力分析

3．3．2 机器人转向稳定性分析

3．4 机器人翻越垂直障碍性能分析

3．4．1 机器人翻越垂直障碍驱动力分析

3．4．2 机器人翻越垂直障碍稳定性分析

3．5 机器人驱动源选型

3．6 本章小结

第四章小型排爆机器人移动平台虚拟样机建模及运动性能仿真

4．1 机器人动力学仿真原理及过程介绍

4．1．1 多体系统动力学基础理论

4．1．2 MSC-ADAMS应用

4．2 小型排爆机器人虚拟样机建模

4．3 小型排爆机器人运动性能仿真

4．3．1 机器人爬坡过程仿真及结果分析

4．3．2 机器人原地转弯过程仿真及优化分析

4．3．3 机器人翻越垂直障碍过程仿真及结果分析

4．4 本章小结

第五章 小型排爆机器人移动平台样机研制及性能测试

5．1 机器人移动平台主体模块框架结构设计及静力学分析

5．1．1 机器人移动平台主体模块框架结构设计

5．1．2 有限单元法简介及ANSYS软件应用

5．1．3 机器人移动平台主体模块框架静力学分析

5．2 机器入移动平台结构详细设计

5．2．1 机器人移动平台主履带驱动轮模块结构设计

5．2．2 机器人移动平台主履带从动轮模块结构设计

5．2．3 机器人移动平台摆臂模块结构设计

5．3 机器人物理样机性能测试

5．3．1 机器人爬坡性能测试

5．3．2 机器人原地转向性能测试

5．3．3 机器人翻越垂直障碍性能测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献