微型抛投侦查机器人结构设计及其碰撞分析

摘要

目前，微型侦察机器人系统的研究正蓬勃发展，并逐步应用于危险环境的侦察。这类机器人一般要求体积小、重量轻、可以方便携带进入侦察地点，并且能够在短时间内准备就绪并投入工作。随着任务的多元化，具备较强功能的微型抛投式侦察机器人系统研究也开始成为新的研究热点。
　　本文以The Recon Scout IR机器人为研究基础。对Scout机器人进行研究，观察研究并发现其不足之处，在使用Pro/Engineer建立微型抛投侦查机器人的三维实体模型后，提出改进和功能扩展意见。在设计过程中，完成了对内部模块的安装布置、电机的安装设计、开关设计、快换结构设计、抗冲击结构设计。其中快换结构的设计具有创新性，能够实现机器人根据使用环境，在不使用任何工具情况下快速更换车轮类型的特点。
　　研究通过三维实体模型，分析了抛投式侦查机器人从高处跌落的碰撞机理，探究了机器人在跌落时快换结构和整体受力情况，并且通过仿真实验得出安全跌落高度。数值方法采用计算多体连续碰撞动力学模型中，求解冲击问题的能量方法。根据机器人设计参数应用ANSYS／LS-DYNA对机器人进行仿真实验，通过仿真实验得抛投机器人不同跌落高度，不同着地姿态下各个部件碰撞力的大小，对机器人整体以及危险部位进行强度分析，最后得出这款抛投机器人的快换结构方便、可靠、便捷；应该优化内容为车轮橡胶部分，车轴、车轴与轮毂接触处；最大允许跌落高度为大约5米。采用虚拟样机模型仿真实验的方法来优化机器人结构设计，可以减少了实物实验的失败风险，大大加快了设计速度。
　　本文成功通过分析、仿真之后的数据，成功设计制作了一款微型抛投侦查机器人。且这款抛投机器人的快换结构方便、可靠、便捷；实物样机通过性好，能够承受5m冲击力。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及课题来源

1.2 微型抛投侦查机器人研究概述

1.3 缓冲技术和抛射方案研究

1.4 论文研究目标和内容

2 微型抛投机器人结构设计

2.1 机器人内部结构设计

2.2 机器人减震结构设计

2.3 车轮快换结构设计

2.4 快换车轮类型设计

2.5 本章小结

3 微型抛投侦查机器人碰撞分析

3.1 快换结构对碰撞影响分析

3.2 机器人碰撞姿态理论分析

3.3 机器人虚拟样机仿真分析.

3.4 机器人跌落碰撞仿真对比实验

3.5 本章小结

4 微型抛投机器人翻转分析

4.1 机器人平衡尾长度与机器人运动速度关系分析

4.2 ADAMS仿真实验

4.3 仿真结论

4.4 本章小结

5 微型侦查抛投机器人实验及其分析

5.1 机器人实验设计

5.2 实验样机研制

5.3 机器人指标验证

5.4 机器人实验分析

5.5 本章小结

结论与展望

1 总结

2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果