階梯攀爬機器人機械系統(tǒng)及關鍵技術的研究.pdf

1、在人造環(huán)境中，樓梯對于越障機器人是最特殊、最難跨越的障礙之一。本文通過深入對比分析各種爬樓越障機構及其相應攀爬對象的特點，針對樓梯臺階地，基于輪式和腿足式機器人的優(yōu)點，設計了優(yōu)勢相對明顯的變形輪組復合式結構爬樓越障裝置。該方案兼顧了輪式、腿式、履帶式結構的優(yōu)點，提高了爬樓越障機器人的越障性能和通過性，克服了傳統(tǒng)輪式、腿足式和履帶式運動形式存在的缺陷。此外，本課題的另外兩個創(chuàng)新點是：基于該爬樓越障裝置設計了一種適合于該機器人的重心調節(jié)系統(tǒng)

2、，提高了機器人的穩(wěn)性；通過電磁離合器使機器人在不同作業(yè)環(huán)境實現(xiàn)兩驅與四驅自由切換，降低了機器人的能耗，提高了機器人的越障能力。本論文的研究，為進一步研究和設計結構性能更優(yōu)、控制智能更高的越障機器人搭建了良好平臺。
　　本文以階梯攀爬機器人為研究對象，主要研究內容如下：
　　1.本文采用理論分析、計算機仿真和實驗分析相結合的方法，按照階梯攀爬機器人的設計要求和作業(yè)環(huán)境要求，完成了階梯攀爬機器人機械系統(tǒng)總體設計方案，包括機器人本

3、體結構設計、機器人行走機構設計、機器人驅動器系統(tǒng)設計以及基于該機器人機械結構和行走系統(tǒng)，設計了一種適合于該機器人的微調式重心調節(jié)系統(tǒng)。
　　2.本文在分析變形輪組復合式結構工作原理基礎上，對機構進行了機構運動學分析；通過建立階梯攀爬機器人在爬越樓梯過程中不同時刻的力學模型，論證了機器人實現(xiàn)任意曲線運動以及攀爬樓梯臺階地等障礙的可行性、穩(wěn)定性以及越障性能，為改善機器人工作的穩(wěn)定性提供了依據(jù)。階梯攀爬機器人的驅動系統(tǒng)設計主要根據(jù)機器人

4、的運動參數(shù)和所需的驅動扭矩，對電機、電磁離合器和舵機等驅動器元件進行選型。
　　3.引入虛擬樣機技術，通過 Pro/E進行三維建模，然后通過無縫接口MECHANISM/Pro導入機械系統(tǒng)動力學仿真軟件 ADAMS進行運動仿真，得到了機器人爬越多級樓梯過程中車體傾角的變化規(guī)律和前后輪組功率的變化情況，通過分析找到了影響其波動的因素，并提出了改善意見。通過虛擬樣機仿真分析，為下一步制作試驗樣機節(jié)約了成本。
　　4.根據(jù)階梯攀爬機