一種新型六足氣墊靴式軟路面車輛的研究.pdf

1、提高軟地面惡劣復(fù)雜環(huán)境下車輛的通過性一直是非路面車輛動(dòng)力學(xué)及其控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)。本文在課題組前期對(duì)半履帶氣墊車研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出一種結(jié)合了氣墊技術(shù)和非常規(guī)行走機(jī)構(gòu)兩者優(yōu)勢的新型軟路面車輛，以期提高車輛在濕軟、不平地面條件下的通過性及適應(yīng)性，并擴(kuò)展其應(yīng)用空間。
　　本文所設(shè)計(jì)的新型軟地面車輛，以一種全新設(shè)計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)的六足氣墊靴作為行走機(jī)構(gòu)以提高地面通過性并減小了車輛的接地比壓，通過對(duì)氣墊靴充/放氣實(shí)現(xiàn)對(duì)氣墊靴的壓強(qiáng)

2、與靴高控制，從而實(shí)現(xiàn)車輛的行走和姿態(tài)調(diào)節(jié)。
　　首先，闡述了該新型軟路面車輛的設(shè)計(jì)思路和工作原理，初步提出了車輛的控制流程及具體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)車輛關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，在原理上檢驗(yàn)了方案的可行性，以便為原理樣機(jī)試制及控制算法檢驗(yàn)提供參考。
　　然后，對(duì)新型軟路面車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題進(jìn)行了研究，利用最小能耗原理，推導(dǎo)了車輛在多靴不同速前進(jìn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)一般方程；通過幾何分析得到了車輛在三角步態(tài)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程及簡化后的函數(shù)表達(dá)，以便

3、為該車輛的離線周期步態(tài)設(shè)計(jì)和導(dǎo)航算法可行性檢驗(yàn)提供依據(jù)，并為車輛動(dòng)力學(xué)仿真提供所需要的部分輸入變量——車身位姿及落足點(diǎn)坐標(biāo)。
　　為了給下一步的車輛控制算法提供最初的周期步態(tài)控制信號(hào)，并為該后續(xù)的導(dǎo)航算法研究提供設(shè)計(jì)思路，以人工勢場法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了考慮車輛特殊的轉(zhuǎn)彎方式，能夠直接生成控制信號(hào)的人工勢場——曲率法，并用了模糊控制的思路對(duì)該算法進(jìn)行了改進(jìn)。
　　隨后，針對(duì)行走機(jī)構(gòu)的氣墊靴，以理論分析、結(jié)合正交設(shè)計(jì)的有限元仿真及原

4、理樣機(jī)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，獲得了氣墊靴的力——形變理論模型和參數(shù)化的線性回歸模型。所獲得的模型為整車動(dòng)力學(xué)建模和氣墊靴結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了重要參考。
　　最后，對(duì)該六足氣墊靴式步行氣墊車建立了整車動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)步態(tài)修正算法進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了控制流程的合理性和可行性。通過整車動(dòng)力學(xué)模型可分析質(zhì)心高度、俯仰角、側(cè)傾角、各靴的靴高、靴內(nèi)氣壓、靴與車身相對(duì)位移等狀態(tài)變量，并可對(duì)車身載荷分布、整車消耗的氣源總質(zhì)量等變量進(jìn)行預(yù)測，為步態(tài)規(guī)劃、姿態(tài)控