【摘要】：隨著技術(shù)的不斷革新與應(yīng)用,各種地面移動(dòng)機(jī)構(gòu)都具有了更為優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)性能。其中履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)因其接地面積大,接地比壓小,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng),在各種復(fù)雜的地面上具有較好的運(yùn)動(dòng)能力而得到廣泛的應(yīng)用,特別是在軍事偵查,災(zāi)后搜救等領(lǐng)域,履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)都具有優(yōu)越的表現(xiàn)。本文根據(jù)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)提出了一種欠驅(qū)動(dòng)的行星輪式履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu),以延長(zhǎng)續(xù)航里程,提高機(jī)器人的被動(dòng)越障能力,減少越障時(shí)間。本文在調(diào)研了國(guó)內(nèi)外履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)比分析了各種履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)各自的特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)提出了具有欠驅(qū)動(dòng)、被動(dòng)自適應(yīng)的行星履帶式輔助越障機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)能夠使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中根據(jù)地形條件的變化采用不同的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行移動(dòng)。通過(guò)對(duì)比星形履帶機(jī)構(gòu)在機(jī)器人底盤(pán)上的不同布置方案的特點(diǎn),優(yōu)選出一種具有前擺臂的布置方案。針對(duì)履帶式移動(dòng)平臺(tái)建立了其在水平地面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型,分析了履帶機(jī)器人在水平地面上運(yùn)動(dòng)特性。對(duì)行星履帶輪在不同驅(qū)動(dòng)下的越障性能進(jìn)行了分析,并通過(guò)建立動(dòng)力學(xué)模型,計(jì)算了機(jī)器人在爬越樓梯障礙時(shí)所需的電機(jī)扭矩,同時(shí)計(jì)算分析了機(jī)器人在爬坡、跨越壕溝等障礙時(shí)所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn創(chuàng)建了行星輪式履帶機(jī)器人的虛擬模型,得到了機(jī)器人在坡面、壕溝、臺(tái)階地形上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩變化曲線。將理論計(jì)算與仿真分析的結(jié)果相互驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上聯(lián)系實(shí)際情況確定機(jī)器人的各結(jié)構(gòu)參數(shù),并利用SolidWorks軟件對(duì)其各零部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),使用有限元分析軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的關(guān)鍵承力部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核,根據(jù)校核結(jié)果對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。在履帶機(jī)器人總體設(shè)計(jì)完成之后,試制了一臺(tái)機(jī)器人樣機(jī),并利用該機(jī)器人在平地、草地、崎嶇地形上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。特別地,對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行了爬越樓梯和跨越壕溝的實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性、欠驅(qū)動(dòng)行星履帶輪對(duì)地形的適應(yīng)性以及機(jī)器人較強(qiáng)的爬臺(tái)階能力。本文的創(chuàng)新之處在于:將欠驅(qū)動(dòng)的行星履帶輪應(yīng)用在履帶機(jī)器人上,減少了驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行的電機(jī)數(shù)量,降低了機(jī)器人的重量,這使得機(jī)器人具有更為優(yōu)越的越障、續(xù)航能力,同時(shí)被動(dòng)自適應(yīng)地形使得器人能夠更加快速的越障。
【圖文】：

于輪式結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)性能上有較大的提高，在抗撞擊、負(fù)載能力上都較輪式移動(dòng)機(jī)逡逑構(gòu)優(yōu)異。由中國(guó)航天科工集團(tuán)第四研宄院研制的“雪豹２０”履帶機(jī)器人是一種用逡逑于排爆、巡檢的機(jī)器人，如圖１－１所示，該機(jī)器人有兩條綠帶構(gòu)成，在機(jī)器人的車(chē)逡逑體上裝載了機(jī)械手、攝像頭等設(shè)備，攝像頭能夠?qū)C(jī)器人巡檢過(guò)程中采集到的信逡逑息傳給操控人員，當(dāng)機(jī)器人在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)物時(shí)，遙控人員可以控制機(jī)器逡逑人搭載的機(jī)械手進(jìn)行危險(xiǎn)品的檢測(cè)和排除，該機(jī)械手能夠抓起１５公斤的重物，使逡逑用此種機(jī)器人代替人類(lèi)能夠大大減少安檢人員在排查危險(xiǎn)品時(shí)的傷亡。逡逑圖１－１邋“雪豹２０”履帶機(jī)器人逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋＂Ｓｎｏｗ邋ｌｅｏｐａｒｄ邋２０＂邋ｔｒａｃｋｅｄ邋ｒｏｂｏｔ逡逑由美國(guó)福斯特－米勒公司研發(fā)的“劍”式履帶機(jī)器人如圖１－２所示，該機(jī)器人逡逑改進(jìn)于Ｔａｌｏｎ機(jī)器人，其折疊高度０．９米，最大行駛速度９千米／小時(shí)，機(jī)器人車(chē)逡逑體上能夠裝載５．５６毫米Ｍ２４９型機(jī)槍、７．６２毫米Ｍ２４０型機(jī)槍?zhuān)停欤断盗型粨舨綐屽义虾停停玻埃玻粒保逗撩琢駨棸l(fā)射器，能夠連續(xù)不斷的向敵方發(fā)射數(shù)百發(fā)槍彈及火箭彈，逡逑具有極高的命中率。另外，安裝的攝像機(jī)、夜視儀、變焦設(shè)備、光學(xué)偵查或瞄準(zhǔn)逡逑設(shè)備

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ＂Ｓｗｏｒｄ＂邋ｃｒａｗｌｅｒ邋ｒｏｂｏｔ逡逑Ｔｅｏｄｏｒ機(jī)器人ｍ是由德國(guó)Ｔｄｅｒｏｂ公司研制，這款履帶式移動(dòng)機(jī)器人Ｍｌ在易逡逑燃易爆等危險(xiǎn)品的排除上，具有十分優(yōu)越的表現(xiàn)。如圖１－３所示，，該機(jī)器人重量在逡逑３６０公斤左右，外形尺寸１．３米ｘ0．６８米ｘｌ．１米，能夠抓�。玻埃保埃肮锏闹匚�，其逡逑最大運(yùn)行時(shí)速為３公里。逡逑邐ｌ｜Ｈｉ逡逑．ｉ邋—逡逑１＾＾．＇酬逡逑ｈｉ邋ｉｉ邋３ＫＫＬ＾逡逑圖１－３邋Ｔｅｏｄｏｒ履帶機(jī)器人［］７】逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｅｏｄｏｒ邋ｃｒａｗｌｅｒ邋ｒｏｂｏｔ［１７］逡逑１．３．２雙節(jié)四履帶式移動(dòng)機(jī)器人逡逑雙節(jié)四履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)相比于單節(jié)雙履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)在一端履帶輪的兩側(cè)多逡逑出兩條履帶，多出的這兩條履帶就相當(dāng)于整個(gè)機(jī)構(gòu)的手臂，能夠在遇到障礙時(shí)主逡逑動(dòng)控制擺臂的旋轉(zhuǎn)，幫助機(jī)器人越過(guò)障礙。由美國(guó)ｉＲｏｂｏｔ公司研發(fā)的Ｐａｃｋｂｏｔ機(jī)逡逑器人如圖１－４所示，該機(jī)器人由四條履帶構(gòu)成，前側(cè)兩條履帶能夠繞著驅(qū)動(dòng)輪中旋逡逑轉(zhuǎn)，控制擺臂的姿態(tài)能夠提高機(jī)器人的越障、通過(guò)能力。該機(jī)器人的外形尺寸０．８７逡逑米ｘ0．５１米ｘ0．１８米，總體重量約１８千克，機(jī)器人裝載的電池能夠維持］３公里的逡逑行程，最大時(shí)速１４公里，最大涉水深度可達(dá)３米，得益于合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654910