一种可变换轮腿式移动机器人的设计、分析及实验研究

摘要

移动机器人作为机器人重要分支，在地震、核辐射及火灾等未知复杂环境中具有广阔的应用前景。为适应复杂多变的作业环境，推广移动机器人的应用，本文通过创新设计轮腿结构，提出一种具有优越机动性能与越障能力的新型可变换轮腿式移动机器人，研究主要涉及轮腿变换结构设计、轮腿变换运动分析、移动机器人遇障规划、控制系统开发、物理样机搭建、仿真及实验验证等。全文取得的研究成果如下： 1. 面向复杂未知环境对移动机器人的功能需求，开展可变换轮腿式移动机器人的整体方案设计和轮腿变换结构设计。本文所提的可变换轮腿式移动机器人具有结构简单、越障能力强、稳定性好且控制便捷的优势。 2. 针对可变换轮腿式移动机器人的移动与越障特征，研究轮腿变换形式，分析机器人不同状态下的运动规律，提出遇障处理策略，为控制策略的制定及越障能力的分析奠定基础。 3. 依据可变换轮腿式移动机器人运动规律及遇障处理机制，开发手动控制和自动控制系统。在此基础上，探讨机器人机身回转角度与回转运动半径，制定避障策略组合表，为控制算法编写提供依据。 4. 基于可变换轮腿式移动机器人的结构设计、运动分析和控制系统开发，开展动力学仿真验证，搭建物理样机并进行样机实验，验证本文所设计的移动机器人具备较强的越障能力和良好的移动性能，以及本文工作的有效性。 本文研究成果对突破可变换轮腿式移动机器人结构运动分析、控制系统开发等基础理论，推进移动机器人的实际应用具有重要意义。

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第一章 绪　论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 轮腿变换结构设计

1.2.2 机器人运动特性

1.3 本文主要研究内容

第二章 可变换轮腿式移动机器人方案设计

2.2 移动机器人概念设计

2.3 轮腿变换结构设计

2.4 小结

第三章 可变换轮腿式移动机器人运动特性

3.2 轮腿变换过程分析

3.3 移动机器人运动学分析

3.3.1 轮式状态下机器人运动学分析

3.3.2 轮腿式状态下机器人运动学分析

3.4 移动机器人遇障分析

3.4.1 轮式避障处理

3.4.2 轮腿式越障处理

3.5 小结

第四章 可变换轮腿式移动机器人运动控制

4.3 机器人控制系统执行方案

4.3.1 手动控制模式

4.3.2 自动控制模式

4.4 遇障过程控制规划

4.5 小结

第五章 仿真及实验研究

5.2.2 轮腿变换仿真

5.2.3 轮腿越障仿真

5.3 物理样机搭建

5.3.2 中央控制器选型

5.3.3 零件三维打印

5.4 样机实验

5.4.2 局部避障实验

5.4.3 越障实验

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.2 未来展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致　谢