【摘要】：為了適應(yīng)災(zāi)后復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)地面環(huán)境,國內(nèi)外現(xiàn)在對(duì)全地形的救援機(jī)器人已有很多涉及和研究�；旧峡梢苑譃槠胀ㄝ喪骄仍畽C(jī)器人,普通履帶式救援機(jī)器人,輪履復(fù)合式救援機(jī)器人。但是,這些類型的救援機(jī)器人都存在一定的局限性。普通的輪式救援機(jī)器人機(jī)動(dòng)性好,但是越障性能差;普通履帶式救援機(jī)器人越障性能好,但是機(jī)動(dòng)性差;輪履復(fù)合式救援機(jī)器人結(jié)合了以上兩者的優(yōu)點(diǎn),但是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。本課題的目標(biāo)是將機(jī)器人技術(shù)、營救行動(dòng)技術(shù)、災(zāi)難學(xué)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合,研制與開發(fā)一款機(jī)動(dòng)性好、越障能力強(qiáng)的懸架可自調(diào)節(jié)的全地形六輪救援機(jī)器人。首先,分析了國內(nèi)外有關(guān)輪式、履帶式、復(fù)合式等救援機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)以及它們的適用環(huán)境和場(chǎng)合,并結(jié)合災(zāi)后救援的參數(shù)指標(biāo),提出了六輪救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路。重點(diǎn)對(duì)六輪救援機(jī)器人擺臂系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。并利用SolidWorks三維建模軟件對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行建模和裝配。對(duì)六輪救援機(jī)器人擺臂、主軸、周向減震系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化。其次,對(duì)設(shè)計(jì)完成的六輪救援機(jī)器人越障過程進(jìn)行了分析和規(guī)劃,并且通過遺傳算法使救援機(jī)器人在滿足越障的幾何約束條件下,以保障機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性為目標(biāo),求出了最優(yōu)越障姿態(tài)參數(shù)。通過ADAMS軟件對(duì)越障過程進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了越障規(guī)劃的正確性。再次,在已經(jīng)研制的六輪救援機(jī)器人機(jī)械本體和越障規(guī)劃理論的基礎(chǔ)上,對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),該系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)均采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法,使得該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、能耗低。最后通過仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的合理性與有效性。最后針對(duì)課題已經(jīng)取得的研究成果進(jìn)行總結(jié),并從六輪救援機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)越障規(guī)劃、控制系統(tǒng)、人機(jī)工程等幾個(gè)方面對(duì)六輪救援機(jī)器人的發(fā)展前景作了展望。
【圖文】：

圖 1-1 美國 Nomad 圖 1-2 美軍“六腳壁虎”華中科技大學(xué)研制的三角聯(lián)動(dòng)排爆機(jī)器人[11]，如圖 1-3 所示。其機(jī)械機(jī)構(gòu)由六個(gè)三角小輪組成，在任何行駛狀態(tài)下，總是可以保證兩個(gè)小輪著地，從而保證了此機(jī)械機(jī)構(gòu)的越障穩(wěn)定性，并且具有較高的通過性。但是，該款機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，，這相應(yīng)的導(dǎo)致了機(jī)器人故障率的增加。同時(shí)，該款機(jī)器人的越障能力受到三輪結(jié)構(gòu)的外圈半徑大小的限制，為了提高越障能力就必須加大三輪結(jié)構(gòu)的外圈半徑，但是半徑越大機(jī)器人的穩(wěn)定性越差。針對(duì)火災(zāi)救援需求上海交通大學(xué)的特種機(jī)器人研究室成功研制了“SUPER-DII”機(jī)器人，如圖 1-4 所示。該型救援機(jī)器人不僅對(duì)各類路況的通用性強(qiáng)，而且爬樓越障和原地轉(zhuǎn)彎能力強(qiáng)。其采用被動(dòng)行星機(jī)構(gòu)，平地行走時(shí)靠地面約束周轉(zhuǎn)行星輪系兩個(gè)自由度的其中一個(gè)；越障時(shí)靠障礙物對(duì)救援機(jī)器人的支撐力使行星輪機(jī)構(gòu)被動(dòng)抬高從而實(shí)現(xiàn)越障。

圖 1-1 美國 Nomad 圖 1-2 美軍“六腳壁虎”華中科技大學(xué)研制的三角聯(lián)動(dòng)排爆機(jī)器人[11]，如圖 1-3 所示。其機(jī)械機(jī)構(gòu)由六個(gè)三角小輪組成，在任何行駛狀態(tài)下，總是可以保證兩個(gè)小輪著地，從而保證了此機(jī)械機(jī)構(gòu)的越障穩(wěn)定性，并且具有較高的通過性。但是，該款機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這相應(yīng)的導(dǎo)致了機(jī)器人故障率的增加。同時(shí)，該款機(jī)器人的越障能力受到三輪結(jié)構(gòu)的外圈半徑大小的限制，為了提高越障能力就必須加大三輪結(jié)構(gòu)的外圈半徑，但是半徑越大機(jī)器人的穩(wěn)定性越差。針對(duì)火災(zāi)救援需求上海交通大學(xué)的特種機(jī)器人研究室成功研制了“SUPER-DII”機(jī)器人，如圖 1-4 所示。該型救援機(jī)器人不僅對(duì)各類路況的通用性強(qiáng)，而且爬樓越障和原地轉(zhuǎn)彎能力強(qiáng)。其采用被動(dòng)行星機(jī)構(gòu)，平地行走時(shí)靠地面約束周轉(zhuǎn)行星輪系兩個(gè)自由度的其中一個(gè)；越障時(shí)靠障礙物對(duì)救援機(jī)器人的支撐力使行星輪機(jī)構(gòu)被動(dòng)抬高從而實(shí)現(xiàn)越障。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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