移动机器人通用底盘设计与研究

摘要

随着科学技术的进步,对于机器人技术的研究越来越受到人们的重视和关注。相比较双足机器人而言,轮式移动机器人在移动速度,运行稳定性,应用范围,承载能力等多个方面都具有明显的优势,尤其是在服务机器人、巡检机器人、探测机器人等领域,轮式移动机器人的应用就更为普遍。
　　 机器人能够持久稳定运行,离不开其良好的机械系统。本文主要针对轮式移动机器人的运动机构进行研究和分析,设计了一种能够适用于狭小空间的全方位移动机器人通用底盘,并基于模块化和系列化的设计思想,形成多种型号的通用底盘,以满足各类移动机器人的功能需求。本文设计的全独立悬挂系统能够很好的减轻路面激励对移动机器人带来的振动,降低由振动引起的零件疲劳损坏和精密传动误差,使轮式移动机器人具有更好的路面适应性。
　　 本文所做工作主要如下:
　　 1、介绍轮式移动机器人在国内外的研究现状和发展趋势,归纳轮式移动机器人的优缺点,并阐述移动机器人领域的关键技术。其次,简述全向轮的发展历史和常用类型,总结其不同类型之间的结构特点,最后详细说明轮式移动机器人在各领域的应用前景。
　　 2、概述全方位移动平台的常用轮系布局结构,比较轮式移动机器人底盘三轮布局和四轮布局各自的优缺点,并在此基础上建立通用底盘的动力学模型以及全方位轮的动力学模型。
　　 3、基于通用底盘所设计的承载能力,分析计算通用底盘在各种行驶条件下所需的驱动力,确定电机类型,设计减速器结构和底盘悬架系统,并用Solidworks软件对通用底盘机械结构整体建模,通过配置Rotocaster、Mecanum和WESN三种全向轮模块对通用底盘作系列化设计。
　　 4、设计一种新型全向轮结构,采用Hertz接触理论计算分析全向轮滚子与地面接触时的应变情况,提出了一种基于曲率参数对全向轮滚子曲面修形的方法,提高全向轮运动平稳性,最后通过Solidworks/Simulation仿真软件加以验证。
　　 5、参照汽车悬架分析,建立4自由度底盘悬架系统数学模型,匹配刚度系数和阻尼系数,并基于Matlab/Simulink仿真软件对悬架模型仿真,通过测试车身质心的加速度等曲线来优化底盘悬架参数。