廢墟表層頂撐機器人研究.pdf

1、全球范圍內(nèi)地震災(zāi)害頻發(fā),給相關(guān)國家和人民造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失。在救援工作中,救援人員多是采用手動工具在復(fù)雜的廢墟環(huán)境中完成切割、起縫和空間頂撐,以打通救援通道。這種方法降低了救援工作的效率,危險的現(xiàn)場環(huán)境也時刻威脅著救援人員的人身安全。本文結(jié)合國家863計劃重點項目“地震災(zāi)害輔助救援機器人示范系統(tǒng)研究”,研制出一種能夠進入震后復(fù)雜廢墟環(huán)境中,輔助或代替救援人員完成起縫和頂撐作業(yè)的廢墟表層頂撐機器人。
　　根據(jù)廢墟表層頂撐機器

2、人的功能要求,設(shè)計出機器人的本體結(jié)構(gòu),機器人包含頂撐模塊、左右兩側(cè)的支撐模塊和運動模塊等五個模塊。頂撐模塊采用液壓驅(qū)動的二級剪叉式頂撐機構(gòu),具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載力大等優(yōu)點;運動模塊采用基于平行四桿機構(gòu)的可變形履帶式運動機構(gòu),具有較好的機動性能,并可根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)的需要改變自身結(jié)構(gòu)形式。頂撐機器人具有快速運動與蠕動兩種運動模式,快速運動時利用履帶驅(qū)動機器人在廢墟等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中進行直線、轉(zhuǎn)向或爬坡運動,蠕動時機器人可以在廢墟中建立運動通道

3、,使自身在廢墟下面穿行。
　　頂撐機器人在頂撐作業(yè)時需要承受較大負載,各零部件必須要有足夠大的強度和剛度,因此對頂撐機器人在整個頂撐作業(yè)過程中的運動與受力狀態(tài)進行了運動學(xué)和動力學(xué)分析;針對頂撐作業(yè)時的最危險工況,利用ANSYSWorkbench進行了有限元靜力結(jié)構(gòu)分析,為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù);并在ADAMS環(huán)境中完成了頂撐機器人的蠕動過程仿真,驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。
　　為了增強頂撐機器人控制系統(tǒng)在復(fù)雜工作環(huán)境中的可靠性

4、,基于模塊化原則搭建了控制系統(tǒng)硬件平臺;控制系統(tǒng)軟件采用LAAS體系結(jié)構(gòu),將控制軟件分為決策層、執(zhí)行控制層、功能層、邏輯系統(tǒng)層和硬件層,這種軟件體系結(jié)構(gòu)基本不受硬件變化的影響,具有較強的靈活性和擴展性;基于Windows系統(tǒng)的多線程機制,利用VisualC++編寫了控制軟件。
　　研制出頂撐機器人樣機,進行了快速運動、蠕動、爬坡、原地轉(zhuǎn)向等運動實驗和起縫、頂撐作業(yè)實驗。實驗結(jié)果表明,頂撐機器人具有較強的運動能力,可以利用蠕動功能在