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履带式城市排爆机器人运动底盘越障性能研究

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变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义(Research Background and Significance)

1.2 履带式排爆机器人国内外研究情况及分析(Research States of EOD Robot at Home and Abroad)

1.2.1 国外研究情况

1.2.2 国内研究情况

1.2.3越障机理研究现状

1.2.4研究方法现状

1.2.5现有研究现状分析

1.3 主要研究内容(Main Research Contents)

2 机器人总体设计与分析

2.1 总体结构方案设计(Design of Overall Structural Scheme)

2.2.1橡胶履带设计

2.2.2履带式行走部方案

2.3 机器人控制系统简述(Brief Introduction to Control System)

2.4 机器人传动系统分析(Analysis of the Transmission System of the Robot)

2.4.1传动系统分析

2.4.2 虚拟样机设计

2.5 本章小结(Summary)

3 机器人行驶动力学及转向运动学分析

3.1履带机器人行驶原理(The Driving Principle of Tracked Robot)

3.1.1 履带行走机构的动力传动效率

3.1.2 机器人行走机构履带单元动力学分析

3.2履带-地面力学(The Driving Resistance of Tracked Robot)

1.纵向阻力

3. 履带下的压力分布

3.3机器人转向运动学分析(Dynamic Model of Swerving)

3.4 转向过程牵引特性分析(Analysis of Traction Characteristics in Steering Process)

3.4.1 牵引力以及力矩平衡

3.4.2 转向阻力及阻力矩

3.4.3 转向驱动力与驱动力矩

3.5 本章小结(Summary)

4 机器人越障特性分析

4.1.1 机器人空间姿态表示

4.1.2 坐标变换基础

4.2 机械臂及负载对机器人质心的影响(Effect of Robot Arm and Load on Robot Centroid)

4.3 质心运动学模型建立(The Kinematics Model is Established)

4.4 机器人越障通过性研究(Research on the Passage of Robot over Obstacles)

4.5 机器人越障稳定性研究(Research on the Stability of Robot's Obstacle Avoidance )

4.5.1 正向爬坡稳定性分析

4.5.2 侧向爬坡稳定性分析

4.6 本章小结(Summary)

5 机器人障碍地形通过性仿真与分析

5.1 创建机器人仿真模型(Creating Robot Simulation Model)

5.2 机器人运动底盘越障仿真分析( Simulation and Analysis of Robot Chassis Overcoming Obstacles)

5.2.1 机器人在地面直行过程仿真分析

5.2.2 机器人攀越单级台阶地形仿真过程分析

5.2.3 机器人攀越连续台阶地形仿真过程分析

5.2.4 机器人攀越沟道地形仿真过程分析

5.2.5 机器人攀越凸台地形仿真过程分析

5.2.6 机器人攀越斜坡地形仿真过程分析

5.3.1 机器人非原地转向

5.3.2 机器人原地转向

5.4 本章小结(Summary)

6 总结与展望

6.1 总结(Summary)

6.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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摘要

履带式排爆机器人是从事特种作业机器人中的一种,机器人在现场作业时地面的路况环境通常比较恶劣,所以机器人一定要有较强的越障性能。本文以国内外履带式排爆机器人的研究现状为基础,对履带式排爆机器人运动底盘的整体结构进行了规划与设计,基于动力学和运动学的知识对其进行了理论分析,利用Recurdyn软件对虚拟样机的越障性能进行分析,并从以下几个方面展开工作: 首先,确定运动底盘的总体结构与布局规划,对机器人行走机构的控制系统进行设计,确定具体的机器人行走机构的传动方案,对减速器、履带以及电源等关键零部件进行分析及选型,最后在SolidWorks软件中创建机器人行走机构的各零部件模型。 其次,探究机器人行走机构的行驶原理,阐述行走机构履带单元与地面之间的力学关系,创建了机器人行走机构的转向运动学模型,探究质心的横向和纵向偏移与机器人行走机构接地压力之间的关系,以及机器人行走机构的转向阻力、转向阻力矩、转向驱动力以及驱动力矩与横向和纵向质心偏移之间的关联。 再次,创建机器人行走机构在翻越障碍物过程中的质心运动学模型,并以单级台阶为例对机器人行走机构的通过性进行研究,最后探究机器人行走机构在正向斜坡和侧向斜坡上行驶时的稳定性。 最后,基于RecurDyn动力学仿真软件,利用动力学以及运动学的知识对机器人行走机构进行了各种运动过程的仿真分析。以现实中典型地形作为参考,在RecurDyn中创建地面、沟壑、台阶、凸台以及斜坡等仿真障碍地形,观察研究机器人行走机构在每一个地形中的仿真过程以及仿真结果,通过对其质心轨迹以及驱动链轮的输出扭矩曲线进行分析,与之前所做的理论分析与推导进行对比,验证该机器人行走机构是否具有良好的障碍通过性以及运动的平稳性。 该论文有图70幅,表7个,参考文献81篇。

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