基于连杆欠驱动爬行机器人机理及攀爬稳定性研究

摘要

爬行机器人作为机器人的一个分支，是机器人领域一个重要的发展方向。爬行机器人研究已成为当今机器人学领域的热门课题之一。近年来随着对仿生机器人研究的不断探索和研究，目前研制出了一些仿生爬行机器人。虽然研发的机器人能够能进行灵活地爬行和方便地操作，但却存在着驱动元件多、结构复杂，控制繁琐、负载能力较差等缺点。本文致力于设计研制一种结构简单，驱动元件少，负载能力强，控制简单的欠驱动爬行机器人。论文的主要工作包括：机器人欠驱动夹紧机构的结构设计，几何参数和驱动参数的理论分析和计算；对夹紧机构和驱动机构静力学和运动学的分析；对爬行机器人进行三维虚拟样机的建模和动力学虚拟仿真分析。
　　本文在对欠驱动机构进行研究的基础上，将欠驱动机构引用到爬行机器人中，设计了爬行机器人的夹紧结构，降低了结构和操作的复杂性。采用力封闭和形封闭理论研究方法分析了包络夹紧状态下的静力学模型及夹紧稳定性等；选用多种传感器、电机、驱动器等设计了爬行机器人的驱动系统；并综合采用三维软件SolidWorks和动力学分析软件 ADAMS分别进行虚拟样机模型的建模和动力学虚拟仿真，验证了设计的合理性和可行性。与一般地爬行机器人相比，连杆欠驱动爬行机器人具有驱动元件少、结构紧凑、控制简单，负载大爬行自适应性等优点。将欠驱动机构应用在爬行机器人上，不仅可以较好地增强爬行机器人的实用性，并在一定程度上拓展其应用空间，从而可很好地服务于工业、农业、航空航天及军事等领域。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2选题的背景与意义

1.3爬行机器人国内外发展与研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 欠驱动夹紧机构的结构设计

2.1引言

2.2夹紧关节设计

2.3欠驱动夹紧机构的工作原理

2.4夹紧关节的几何参数理论分析

2.5夹紧物体的尺寸范围确定

2.6夹紧状态的稳定性分析

2.7本章小结

第3章 夹紧机构的力学分析

3.1引言

3.2关节接触力的分析

3.3夹紧关节的运动学分析

3.4夹紧机构关节的参数优化

3.5夹紧机构驱动力矩的分析

3.6本章小结

第4章 建立虚拟样机和仿真分析

4.1引言

4.2虚拟样机技术的简介

4.3虚拟样机的三维建模

4.4虚拟样机的结构和运动分析

4.5虚拟样机的仿真分析

4.6本章小结

结论

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢